Source: https://es.scribd.com/doc/17729279/secuencias
Timestamp: 2016-04-29 01:18:14+00:00

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Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 1
Las imágenes por resonancia magnética (RM) representan un avance tecnológico cuya importancia se ha comparado con la del descubrimiento de los rayos X. A partir del magnetismo, un fenómeno natural conocido desde la antigüedad, y gracias al ingenio de varias mentes brillantes, se llega al fenómeno físico de la resonancia magnética nuclear. Gracias al esfuerzo -combinado o enfrentado- de muchos otros, se obtienen imágenes mediante este método. La formación de las imágenes difiere en forma sustancial de lo conocido en los métodos que utilizan radiación ionizante. Los principios físicos que rigen las imágenes por RM resultan completamente novedosos, incluso para quienes tengan experiencia previa con otras modalidades de imagen. La comprensión de la física básica de la resonancia magnética puede permitir un mejor aprovechamiento de este método. Sin duda, con un mejor conocimiento del origen de las imágenes, se podrá planear mejor su uso. Tuve la fortuna de conocer este método en 1988, cuando no existían en Colombia equipos de RM. Mi primera experiencia con la física de la resonancia magnética fue casi traumática. Es tanta la información nueva que hay que procesar, y de un grado de dificultad tan alto, que inicialmente es difícil creer que uno puede llegar a entender la física de la resonancia magnética. La mala noticia es que, tras algo más de dos décadas de trabajar con RM, es claro que muchos de los aspectos de la física de la resonancia magnética no podrán ser comprendidos jamás por muchos de los involucrados en el uso de esta técnica, incluyendo tecnólogos y radiólogos u otros especialistas, a menos que se tenga formación avanzada en física cuántica. Ni el haber leído cientos de veces un número similar de artículos o capítulos sobre el tema, ni el haber tenido la fortuna de recibir información de primera mano de algunos expertos, pioneros en este campo, parece suficiente. Mi primer acercamiento a la física de la Resonancia Magnética fue estimulado por el Dr. Robert Quencer, en la Universidad de Miami. En los primeros años de la RM en Colombia, participé con César Maldonado (q.e.p.d.) en la divulgación de esta técnica en diferentes regiones del país, tanto en sus aplicaciones clínicas como en algunos aspectos de la física de este método. El Dr. Peter Rinck nos acompañó en uno de estos primeros eventos de divulgación. Años después, durante mi paso por la Universidad de Pensilvania, pude hablar con doctores en física, bioquímica, física nuclear y astrofísica. Las conversaciones de física con Leon Axel, por ejemplo, fueron una experiencia tan inolvidable como inalcanzable. El equipo dirigido por el Dr. Herbert Kressel, que incluía nombres tan importantes como el del físico Felix Wehrli, El bioquímico Robert Lenkinski, y el físico y radiólogo Mitchell Schnall, entre muchos otros, ayudaron a consolidar algunos de los conocimientos de los conceptos físicos aquí presentados. Las limitaciones de memoria y espacio me impiden hacer un listado de los nombres de aquellos lo suficientemente generosos como para compartir conmigo sus conocimientos a lo largo de todos estos años. Entre ellos recuerdo a Hernán Jara, Norbert Pelc, Erwin Hahn, Georg Bongartz y tantos otros. La repetida presentación de conferencias sobre el tema y los muchos intentos propios por explicar estos interesantísimos fenómenos me han permitido recopilar estos apuntes, una especie de guía para aproximarse desde las secuencias de impulsos de radiofrecuencia a la resonancia magnética, una técnica verdaderamente fascinante, con un futuro tan prometedor como lo fue su nacimiento.
Apuntes Magnéticos - secuencias
Presentación Introducción un poco de física, algo de terminología partes de una secuencia magnetismo poético preparación excitación relajación apariencia de los tejidos formación de la imagen anatomía de una secuencia parámetros y tiempos terminología - señales parámetros de una secuencia terminología de las secuencias señales - escala de grises resolución tipos de secuencias tipos de secuencias - SE y FSE generación de ecos de espín inversión - recuperación eco de gradiente tipos de secuencias - GE o FE generación de ecos de gradiente anatomía de una secuencia terminología - descripción conclusión anexo 1: IR anexo 2: GE anexo 3: apuntes de los apuntes (explicaciones adicionales) ¿qué hay en un nombre? Bibliografía
AJ Morillo 3 Magneto Precesión de átomos
«La mayor parte de las ideas esenciales en ciencia son fundamentalmente simples y pueden, en términos generales, ser explicadas en un lenguaje comprensible por todo el mundo.» Albert Einstein.
(El siguiente texto puede ser un ejemplo de lo contrario, pero no se desanimen…).
La base para lograr el contraste entre los tejidos, que se obtiene mediante las imágenes por resonancia magnética (IRM), es la amplia disponibilidad de secuencias de impulsos de radiofrecuencia. Existe una gran variedad de secuencias, que básicamente consisten en una serie de eventos que tienen como objetivo estimular los tejidos para que emitan ondas de radiofrecuencia (RF) en las que se encuentra información acerca de las moléculas que los conforman. Toda secuencia tiene que cumplir con las siguientes condiciones: 1. Crear una magnetización transversal. 2. Codificar la magnetización transversal (para localizar las señales en el espacio). 3. Obtener un adecuado contraste entre los tejidos examinados. La receta para comprender las secuencias de RF no es novedosa ni original; sus ingredientes pueden ser tratados con diferente profundidad y pueden variarse para obtener un resultado similar: identificar su importancia, y conocer la manera de aplicar las secuencias en diferentes situaciones clínicas. La siguiente es la lista de ingredientes que se usarán en estos apuntes: Ingredientes -un poco de física -algo de terminología -partes de una secuencia de impulsos de RF -secuencias y tiempos de relajación -anatomía de una secuencia -tipos de secuencias La receta es la misma que se utiliza en los procesos diagnósticos clínicos, en los que hay que tener unas bases científicas, hay que conocer el lenguaje de cada especialidad y hay que seguir un proceso ordenado y de sentido común (el menos común de los sentidos). Aunque algunos de los ingredientes no son fáciles de individualizar, aportan definitivamente al producto final.
En español, se aplican impulsos, no «pulsos», inaceptable calco del inglés que es ampliamente utilizado entre quienes trabajamos con esta modalidad de imágenes.
un poco de física, algo de terminología
Descripción del fenómeno de resonancia magnética La materia está compuesta de átomos. Los elementos que poseen átomos con número impar de electrones tienen una propiedad conocida como momento magnético o espín. Esto significa que tienen un campo magnético propio, es decir, se comportan en forma similar a pequeños imanes. Es una fortuna que el átomo de hidrógeno -el más abundante del cuerpo-, tenga esta propiedad. En una muestra de átomos de hidrógeno como los que se encuentran dentro de cualquier tejido- sus campos magnéticos se encuentran orientados al azar, es decir, se cancelan unos a otros.
Quizá con el ánimo de confundirnos, los físicos usan indistintamente los términos protón y espín como sinónimos, aunque al referirse a un protón como espín, el término «momento magnético» no sería sinónimo...
Si se somete una muestra de tejido a un campo magnético (que es lo mismo que introducir a un paciente en un imán), sus átomos de hidrógeno se alinean con este campo externo (de hecho, le sucede lo mismo a los átomos de otros elementos con la propiedad descrita como momento magnético, como el sodio, carbono, nitrógeno y otros). La alineación es un proceso dinámico, en el cual existe una precesión alrededor del eje del campo magnético externo. La frecuencia de dicha precesión es exclusiva para cada elemento, y depende de la intensidad del campo magnético aplicado. Esta frecuencia es conocida como la relación giromagnética, y es de aproximadamente
Relación giromagnética Núcleo MHz/T 42.56 10.7 3.1 11.3 17.2 Sensibilidad 100 0.25 0.20 0.13 0.41
Esta es la razón por la cual los tejidos no poseen magnetismo neto. (No somos magnéticos, aunque se faltaría a la verdad si no reconocemos que algunas personas poseen cierto «magnetismo»).
1H 13C 14N 23Na 32P
cuarenta y dos y medio millones de veces por segundo (42.5 megaHercios o MHz)
para el caso del hidrógeno, por cada unidad T (Tesla) de campo magnético utilizado. Los campos magnéticos usados en resonancia magnética son de alta intensidad. La intensidad o potencia se mide en unidades Gauss o Tesla, siendo 1T equivalente a 10,000 G. Los equipos de resonancia magnética típicamente funcionan a intensidades que varían desde 0.5 a 1.5 T, aunque desde hace algunos años existen equipos para uso clínico de 4T y más potencia. Recientemente, se ha notado la tendencia hacia los equipos de 3T, quizá buscando un balance entre utilidad clínica y costos (dadas las grandes exigencias tecnológicas de los equipos de campos altos, se puede hacer un cálculo grosero de aproximadamente un millón de dólares por unidad Tesla. Ajuste su presupuesto y escoja la potencia que quiera o pueda comprar). El campeón solía ser el de la Universidad de la Florida en Tallahasee, con 45 T de potencia. A esta potencia, es posible hacer «levitar» objetos o animales pequeños, como gotas de agua, fresas o ranas. La divulgación de estos experimentos en documentales transmitidos por televisión ha generado toda clase de reacciones. Quizá la más interesante y divertida de las reacciones
Para ver una rana que levita en un campo magnético intenso: http://www.youtube.com/watch?v=A1vyB-O5i6E Para una fresa que flota gracias al magnetismo: http://www.youtube.com/watch? v=cEC9G8JUKW8&feature=related (Algunos vínculos pueden haber cambiado sin previo aviso ni responsabilidad de los Apuntes). Como punto de referencia, el planeta tierra tiene un campo magnético de aproximadamente ½ G.
haya sido la carta de un grupo «religioso» autodenominado «La Iglesia de las Culebras del Último Día» cuyo interés
surgió a partir de la transmisión de experimentos similares en la Universidad de Nottingham.
Facsímil de la carta enviada por una Iglesia Herpetológica al Departamento de Física de la Universidad de Nottingham, en busca de información para la compra de un equipo de resonancia magnética con fines de «levitación religiosa». Difícilmente se puede superar este tipo de reacción...
La manera de interactuar con los átomos en precesión es mediante la aplicación de una forma de energía que tenga la misma frecuencia que la de dicha precesión. Esta forma de energía es una onda de radio, la cual se emite a la frecuencia exacta que corresponde a los átomos de hidrógeno, 42.5 MHz por Tesla (haga la cuenta: casi sesenta y tres millones de ciclos por segundo en un equipo de 1.5T). La interacción entre la frecuencia de precesión de los átomos sometidos a la influencia de un campo magnético externo y una onda de radio que tiene la misma frecuencia, produce un cambio en la orientación de los átomos, que depende del tiempo de duración del impulso de radiofrecuencia aplicado. Lo más común es utilizar impulsos capaces de cambiar la orientación atómica en 90º. La interacción entre los protones y las ondas de radio gracias a la coincidencia de sus frecuencias de rotación es, precisamente, el fenómeno de resonancia, poéticamente comparado con un canto protónico por Alain Coussement.
Arriba, los átomos sometidos a un campo magnético (Bo) se orientan preferencialmente en el sentido de ese campo magnético, llamado paralelo. Unos pocos se orientan en el sentido contrario, o antiparalelo. En la figura del centro, resulta más fácil y comprensible dibujar un átomo que muestre la tendencia general, que dibujar millones de átomos que se orientan preferencialmente en el sentido paralelo. Abajo, el átomo hipotético, que representa la tendencia general, no se mantiene estático. La alineación es un proceso dinámico, que recuerda al movimiento de nuestro planeta. Gira sobre su propio eje y precesa alrededor del eje del campo magnético, a una frecuencia específica para cada elemento y directamente proporcional a la intensidad del campo magnético. En el caso del hidrógeno, 42.5 MHz por cada unidad Tesla. Ésa es precisamente la frecuencia a la cual se pueden estimular los protones para entrar en resonancia. Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 8
(Ojo: la orientación no se refiere a un proceso en el que los átomos cambian de posición, sino a un fenómeno cuántico, en el cual la orientación del vector de magnetización cambia de dirección). La razón para hacer esto se anuncia en la introducción a este tema: se requiere algo de magnetización transversal. Una vez logrado esto, se interrumpe el impulso de RF, y los átomos vuelven a su posición original - una posición artificial, creada por el campo magnético externo. En el proceso de recuperación hacia la orientación previa al impulso de radiofrecuencia, los átomos liberan la energía aplicada, también en forma de ondas de radio. Mediante un complejo proceso en el cual se repite el estímulo descrito, se captan y procesan las señales emitidas por la muestra -ondas de radiopara producir una imagen. En la misma analogía musical de Coussement, si la resonancia pone a «danzar» a los protones, la emisión de energía por los mismos corresponde al «canto de los protones».
Arriba, esquema del protón en precesión que muestra la tendencia general de los átomos de hidrógeno bajo la influencia del campo magnético. En el centro, la aplicación de ondas de radio a partir de una bobina induce un «cambio» en la orientación de este protón esquemático. Abajo, la interrupción del estímulo (onda de radio) hace que el protón vuelva a su estado original, liberando la energía en forma de una onda de radio, que es captada por la misma antena y convertida en una señal. Imágenes tomadas de un número de National Geographic de comienzos de los años 90, dirigido al público general, en el que se explica el fenómeno de la resonancia magnética nuclear. Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 9
La señal emitida tiene una intensidad que depende de la organización molecular y de otros factores tisulares. Esta señal se convierte en una escala de grises, y la terminología que se utiliza para describirla la califica como señal alta, intermedia, baja o nula. En la imagen final, las señales altas son muy «brillantes» o blancas, y las bajas son registradas como «oscuras» o negras. Las áreas donde no existen átomos de hidrógeno -o donde los existentes no interactúan con las ondas de radio- no producen señal. Es común la descripción de las señales «altas» o «brillantes» como «hiperintensas», y las bajas como «hipointensas». El término «iso» resulta un poco confuso, pues siempre debe ser comparativo, pero es común el error de asimilarlo a una señal intermedia. Así, no es lo mismo «isointenso al líquido cefalorraquídeo» cuando se trata de una secuencia en la cual el líquido es de alta señal, que cuando se trata de una secuencia en la cual el mismo líquido es de baja señal. El término «iso» no resulta autoexplicativo, como sí lo es el uso de «señal intermedia», que significa, independientemente de la secuencia usada, que no se trata de una imagen de color blanco o negro, sino gris. Mi preferencia siempre será la del uso de descriptores de la intensidad de señal
Apuntes Magnéticos - secuencias «Ausencia de señal» siempre significará que se trata de una imagen de color negro. Lo que no es aceptable, en buen español, es decir que «se demuestra la presencia de ausencia de señal», una cacofonía que he visto usar ocasionalmente en los informes de mis residentes.
que no requieran de mayor aclaración. En mis informes, nunca se encontrará mención a una señal «isointensa», excepto si se compara con algún otro tejido o señal.
El eje de orientación de los átomos se grafica como un vector. Cualquier vector en un sistema de coordenadas en tres dimensiones, tiene dos componentes, uno en el plano xy y otro en el yz. El proceso de recuperación de los átomos de hidrógeno a su posición de precesión original se divide en dos partes principales, que corresponden a los componentes vectoriales del eje de
orientación de los átomos examinados. Esta división es puramente académica, pues resulta imposible individualizarla en la práctica. El componente vertical, conocido como longitudinal, depende de la interacción de los átomos con su entorno (lattice o celosía) y está en relación con intercambios energéticos de tipo térmico. Al seguir el comportamiento de este componente en el tiempo, se le puede graficar como una curva exponencial ascendente, a la que se le conoce como tiempo de relajación longitudinal o T1. Esta curva ascendente muestra cómo, con el paso del tiempo, el componente longitudinal o vertical crece progresivamente. T1
Progresión del vector vertical o de magnetización longitudinal, conocido como T1. El vector (azul) corresponde al componente vertical del fenómeno de recuperación, y se grafica como una curva exponencial (azul) cuya intensidad (I) crece en forma progresiva, de la misma manera que crece el vector en el tiempo (t)
El componente horizontal, conocido como transversal, depende de la interacción de los átomos entre sí. Esta interacción también está relacionada con la presencia de heterogeneidades en el campo magnético externo. Su comportamiento en el tiempo es también exponencial, y corresponde al tiempo de relajación transversal o T2. Esta curva es descendente, como corresponde al componente vectorial complementario al longitudinal. Ambas curvas describen constantes de tiempo, y alcanzan dos terceras partes de su altura final cuando ha transcurrido un tiempo equivalente a 1/e. Como parece obvio, las dos curvas suceden en forma simultánea. Esto explica por qué, en algunos casos, la razón por la cual un tejido es «blanco» o «negro» en una secuencia «T1» es por su «T2», y viceversa. Progresión del vector vertical o de magnetización transversal, conocido como T2. El vector (verde) corresponde al componente horizontal del fenómeno de recuperación, y se grafica como una curva exponencial (verde) cuya intensidad (I) disminuye en forma progresiva, de la misma manera que disminuye el vector en el tiempo (t)
Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 12
Un par de ejemplos simplificados, en los cuales usamos un cerebro que sólo tiene dos tipos de tejido (conozco personas cuyos cerebros parecen ser así), uno al que llamaremos «cerebro» (C) y el otro «líquido» (LCR). En una secuencia con información T1, podemos ver el comportamiento de cada tejido en el tiempo. En general, el tejido que llamamos «cerebro» siempre será de mayor señal (I) que el que llamamos «líquido». En este tipo de secuencia, el líquido cefalorraquídeo siempre es de menor señal que el cerebro, independientemente del momento en el que se «observe» este proceso. Precisamente, el tiempo de eco (TE), del que hablaré más adelante, corresponde al «momento» en que «observamos» este fenómeno. Si no se escoge adecuadamente el TE, el contraste entre los tejidos que nos interesan se puede perder, hasta el punto de que se vuelven indistinguibles. En las secuencias con información T1 escogemos un TE que llamamos «corto», precisamente para realzar las diferencias entre los tejidos. En una secuencia con información T2, la cosa se vuelve más compleja, pues la señal de los dos tejidos se traslapa y se cruza. Así, si observamos el fenómeno De nuevo, una mala selección del TE hará que no podamos diferenciar los dos tejidos entre sí, pues ambos serán «grises» (punto de intersección entre las curvas de relajación transversal).
muy tempranamente, el líquido va a tener un comportamiento similar al de
las secuencias «T1», es decir, más oscuro que el «cerebro». Por el contrario, en un momento más tardío (más «pesado» hacia T2), el líquido será más brillante que el cerebro, como suele verse en las secuencias que llamamos «T2».
partes de una secuencia
Para describir las secuencias, se utiliza un diagrama temporal que se grafica como una serie de eventos que ocurren en forma ordenada, secuencial o simultánea. El diagrama puede parecerse remotamente a un registro fisiológico, como un electrocardiograma, en el que se muestran eventos que simulan ondas y que tratan de representar lo que sucede cada vez que se estimulan los tejidos magnetizados con las ondas de radio. Se mencionó en la introducción que todas las secuencias deben cumplir con ciertas características comunes. Partes de una secuencia de impulsos de RF La descripción de los componentes de toda secuencia evoca las partes que pueden describir a otras actividades más o menos interesantes (según el gusto de cada quien): Preparación • Excitación • Relajación Para muchos, la descripción en estas tres partes (Preparación, Excitación y Relajación) ha sido una revelación inspiradora. Lo sé, porque en versiones previas de esta conferencia, es en este momento de la charla cuando comienzan a circular entre los asistentes algunos papelitos con mensajes que parecen buscar algo de excitación, y que configuran un estilo literario que yo llamo «magnetismo poético». Lamentablemente, no he podido seguir decomisando (perdón, coleccionando) estos mensajes. Supongo que las nuevas generaciones ahora se «textean» cosas similares con sus teléfonos celulares…
Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 14 Más que un electrocardiograma, el esquema temporal de una secuencia de impulsos de radiofrecuencia recuerda a un polígrafo como los que usamos en radiología intervencionista para monitorizar a nuestros pacientes, con varios «canales» que registran diferentes parámetros a la vez. En el caso de la RM, nuestros «signos vitales» son los impulsos de radiofrecuencia (RF), los gradientes para la selección del corte, la codificación de fase, la codificación de frecuencia y la generación de «ecos»
magnetismo poético
Tu magnetis mo me supera!
e mi eje d Eres n! recesió p
¿Resonamos juntos?!
Alineemos nuestros vectores en el plano horizontal…!
an No seas t ¡ ! tiparalelo! an
DO! URA ENS
Ejemplos de la inspiración de que es capaz la descripción de las secuencias de impulsos de radiofrecuencia usadas en resonancia magnética como una sucesión de eventos que comienza con la preparación, sigue con la excitación y continúa con la relajación. La divulgación de algunos de los mensajes que circulan entre los asistentes a este tipo de conferencia se sale del alcance de esta presentación; fue necesario censurarlos...
preparación puede organizarse a su
Bajo el efecto de un campo magnético externo de suficiente potencia, los protones o espines no tienen más remedio que alinearse (vectorial y cuánticamente) con la orientación del campo magnético.
vez en varios aspectos, que, en general, ocurren antes de cualquier estímulo conducente a una señal que nos informa sobre los tejidos que examinamos. Inicialmente, se lleva a cabo una magnetización seguida de la alineación de los vectores de magnetización. Como se mencionó, una vez que el tejido (o paciente) ingresa al campo magnético del imán, los tejidos se magnetizan. Pero no del todo: sólo interactúan los átomos con número impar de electrones, de los cuales se ha dicho que el más abundante es el hidrógeno, el mismo que además es el más sensible a este proceso. Por tener un solo electrón, a los átomos de hidrógeno se les conoce como protones. Los protones, como también se ha dicho, poseen la propiedad conocida como espín o momento magnético. (Pareciera que los físicos hubieran tenido la intención de confundirnos, pues usan en forma indiscriminada los términos protón y espín para referirse a los átomos de hidrógeno [de ahí que a la secuencia de RF más común se le conozca como eco de espín, y no eco de protón, ni eco de átomo]).
En español, no se dice «magneto», término que aunque parece más «técnico», es otro calco innecesario del inglés. Magnet se traduce como imán. Magneto es el nombre de un siniestro personaje de ciencia ficción de la serie de cómics X-Men...
Ya se mencionó que la alineación es un proceso dinámico: a los espines les quedan entonces dos posibilidades: orientarse en la misma dirección general del vector del campo magnético externo, o hacerlo en la dirección opuesta a dicho vector. A la primera opción se le conoce como orientación paralela, es la que prefieren los espines, pues consume menos energía. A la segunda opción se le conoce como orientación antiparalela, que, como parece obvio, consume mayor energía, y es menos común que la primera. Se hizo referencia a que este es un proceso dinámico, esto significa que estas orientaciones cambian con el tiempo: los protones que se encontraban en la posición paralela pasan a la antiparalela y viceversa.
El balance general es que los tejidos quedan magnetizados, pues, siempre que estén bajo la influencia de un campo magnético externo, habrá un pequeño exceso de protones en posición paralela. «Pequeño exceso» es bastante literal: por cada millón de protones, la diferencia puede ser de unos tres o cuatro espines. Esto explica que las señales sean tan bajas, y que sean necesarios grandes esfuerzos de ingeniería, física y matemática para poder hacer algo (como formar imágenes o espectros) con esas señales tan pequeñas (los esfuerzos incluyen usar antenas especiales capaces de captarlas, o campos magnéticos de mayor intensidad para aumentar la diferencia o exceso de protones con cuya señal se puede trabajar, diseñar secuencias con mejor relación señal/ruido, etc). Durante la preparación se pueden aplicar impulsos adicionales, como los de saturación o los de inversión, con los cuales se logran «efectos especiales», como la eliminación de señales originadas en movimiento o en tipos específicos de tejidos (saturación grasa, saturación de espines para eliminar la señal en el interior de algunos vasos, etc). La gran mayoría de los protones sometidos a la influencia de un campo magnético externo (Bo) se orienta (cuánticamente, no realmente) en el mismo sentido (paralelo) que el vector o eje de dicho campo magnético. Sólo unos pocos espines queda en la dirección antiparalela, en un proceso dinámico en el que estas posiciones energéticas fluctúan en uno y otro sentido. En el dibujo, se ha exagerado la proporción de protones en sentido antiparalelo. Deberían ser menos los que se orientan en ese sentido (opuesto al del campo magnético externo). Pero es que no es fácil dibujar este fenómeno...los físicos sabrán perdonar (o habrán abandonado esta lectura hace rato...).
La cosa se pone interesante: después de la preparación viene la ¡excitación! La manera de excitar a los protones es relativamente sencilla: se usa una forma de energía que tenga la misma frecuencia que la que adquieren los espines durante la preparación. Si mencioné antes que la frecuencia de precesión se mide en MHz, resulta obvio usar ondas de radio «sintonizadas» a esa misma frecuencia. Así, si la relación giromagnética del hidrógeno es de 4258/G, en un equipo de 1.5 T se requiere de una onda de RF de (4258Hz/G) • (15,000 G) = 63,87 MHz. Esta es la frecuencia a la que debemos «sintonizar» en nuestro «radio» para oír el «canto de los protones» (difícilmente se puede ser más poético). La excitación se lleva a cabo mediante una secuencia de impulsos de RF, es decir, la aplicación de una serie de ondas de RF que se «encienden» y «apagan» en forma secuencial o sucesiva para obtener diferentes tipos de contrastes entre los tejidos. Para que la excitación funcione, debe ser selectiva: esto significa que se aplica en una región específica (corte) y en un volumen dado (espesor de corte).
El proceso de excitación se lleva a cabo cuando una onda de RF, sintonizada a la misma frecuencia a la que giran los protones dentro del campo magnético, es emitida por una bobina (placa roja a la derecha). La excitación produce un cambio en el nivel de energía que se representa como una deflección del vector, cuyo grado depende de la duración del estímulo, comúnmente 90 grados en la secuencia conocida como eco de espín. A propósito, algunas bobinas sirven para emitir y recibir las ondas de RF, pero hay otras que sólo reciben las ondas emitidas por los tejidos. En ese caso, la bobina llamada «de cuerpo», que se encuentra dentro de cada imán, es la encargada de emitir los estímulos que serán captados por una bobina específica, ubicada cerca al área de interés en cada caso.
Es apenas lógico: después de la preparación y la excitación, sigue la relajación. Se trata del proceso de recuperación luego de que los tejidos han recibido el estímulo, en este caso, las ondas de radio. La energía recibida debe regresar cuando se interrumpe su aplicación. El resultado de la excitación es que la energía se libera en una forma similar a la que fue aplicada, es decir, como una onda de radiofrecuencia. Lo interesante es que esa onda refleja la composición molecular de los tejidos estimulados. Es un eco, pero modificado por el tipo de molécula a partir del cual se refleja. Se hace la analogía con una cueva u otro lugar donde sea posible obtener uno o varios ecos luego de un estímulo sonoro. El eco no reproduce exactamente el sonido emitido. Se modifica su tono o su volumen de acuerdo a las propiedades acústicas del lugar y a la composición de las paredes o superficies desde donde se refleja el sonido emitido. La onda recibida se puede caracterizar con dos constantes de tiempo, que corresponden a los dos componentes longitudinal y transversal de una onda que tiene comportamiento vectorial. Estos componentes se conocen como tiempos de relajación. El componente vertical se conoce como el tiempo de relajación longitudinal o T1, el
Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 19 El proceso de relajación comienza cuando se interrumpe la emisión de ondas de radio. Los átomos estimulados regresan a su posición original dentro del campo magnético y emiten energía en forma de ondas de radio. Esas ondas contienen información acerca de los átomos estimulados, las moléculas que forman, su tamaño, número, etc. La misma bobina que emitió el estímulo puede usarse para captar estas ondas, que por ser «reflejadas» se conocen como ecos.
componente perpendicular a éste es el tiempo de relajación transversal o T2. Más adelante se describirán con mayor detalle estos tiempos de relajación, que
son los que explican los contrastes (o tonos en una escala de grises) que se obtienen de los diferentes tejidos. Las secuencias de impulsos o estímulos permiten modificar la apariencia de los tejidos.
apariencia de los tejidos
En la escanografía, técnica tomográfica que utiliza rayos X para la formación de imágenes, la apariencia de los tejidos depende básicamente de su densidad, con alguna contribución del flujo. La densidad está dada por el número atómico de los elementos que componen las moléculas, que a su vez forman las células y los tejidos. Los elementos con número atómico más alto, como el calcio, son más densos, y son representados como «blancos» en estos estudios imaginológicos. En contraste, en resonancia magnética existen por lo menos cinco factores que determinan la intensidad de la señal de los tejidos examinados en una escala de grises. Estos factores son: los tiempos de relajación T1 y T2, la densidad protónica, la susceptibilidad magnética y el flujo. visualización preferencial de uno o más de estos factores. Se utilizan secuencias (series de impulsos de ondas de radio que se encienden y apagan en patrones definidos) que realcen estas diferencias entre los tejidos, para obtener una imagen en la que se asignan tonos de gris según el parámetro escogido para diferenciar dichos tejidos. Así, por ejemplo, en una secuencia que realce la información acerca del T1 de los tejidos, las colecciones líquidas tendrán una señal de baja intensidad, mientras que las mismas colecciones tendrán una señal muy alta si se utiliza una secuencia que muestre mayor información acerca del T2 de los tejidos.
Factores que determinan el contraste en RM -Tiempo de relajación longitudinal T1 -Tiempo de relajación transversal T2 -Densidad de protones -Susceptibilidad magnética -Flujo
Todos estos factores son intrínsecos al tejido examinado. La magia de las secuencias consiste en diseñar estrategias que favorezcan la
Apariencia de los tejidos en secuencias T1 y T2 La escala de grises de los tejidos puede variar según la secuencia usada para observarlos. En ambas secuencias, la señal más baja corresponde al aire y al hueso cortical. En la secuencia SE convencional, la grasa tiene señal intermedia en secuencias T2, pero muy alta si la técnica usada es la de eco de espín rápido (FSE). AJ Morillo 20
Secuencias de impulsos de radiofrecuencia- formación de la imagen La aplicación secuencial de uno o varios impulsos RF es la técnica utilizada para extraer la información de las señales emitidas por los tejidos. Existen varios parámetros que tienen relevancia para adquirir esta información. Para la formación de la imagen completa de cada corte o sección, que a su vez representa una matriz, es necesario repetir varias veces los impulsos aplicados. De hecho, para completar cada imagen representada como un corte o secciónes necesario repetir la secuencia de impulsos de radiofrecuencia tantas veces como filas tenga la matriz final. Para obtener imágenes de resolución satisfactoria, éstas deben tener una matriz de por lo menos 128 filas. Las imágenes de mayor resolución (256, 512 o más) necesitan entonces de un número mayor de repeticiones, y requieren de más tiempo para completarlas. La Secuencia se refiere a uno o más impulsos de RF, que se aplican en forma ordenada durante un intervalo de tiempo determinado. Estos procesos son bastante rápidos y se suelen medir todos en milisegundos. Como se mencionó, la misma secuencia de impulsos de RF se repite varias veces para formar la imagen definitiva. La señal con la que se trabaja es tan pequeña, que además es preciso repetir las mediciones muchas veces para completar un «mapa» o imagen que tenga utilidad clínica. Esto significa que, además de repetir la secuencia por cada «fila» de píxeles o elementos de imagen (picture element = pixel), puede ser necesario repetir cada fila para mejorar la medición de cada señal.
Esquema simplificado que muestra los estímulos intermitentes (ondas rectangulares de color amarillo) necesarios para producir señales o ecos (ondas verdes) a partir de los tejidos. Estos estímulos se repiten a lo largo del tiempo (flecha azul).
El tiempo de repetición (TR) es el intervalo transcurrido entre el inicio de cada grupo de impulsos de radiofrecuencia. Todas las secuencias comúnmente usadas están constituidas de un impulso inicial, que es el que cambia la orientación de los átomos de hidrógeno para iniciar el estudio de su recuperación hacia la posición inicial de precesión. Luego de un tiempo, se aplican impulsos conocidos como «de reenfoque», los cuales están destinados a producir una o varias señales que reflejan el proceso de relajación de los tejidos. Cada secuencia está compuesta de una serie de impulsos de ondas de radio, cuyo objetivo es lograr la emisión de este mismo tipo de ondas por parte de los tejidos. Cada vez que se aplica un impulso de RF, el tejido lo absorbe; al interrumpirlo, el tejido regresa a su estado inicial, deshaciéndose de la onda de radio aplicada. Debido a que se requiere de un estímulo inicial -la aplicación de uno o varios impulsos de RF- la emisión de la onda de radio por los tejidos estimulados se conoce como un eco. Con este eco se caracterizan los tejidos, pues contiene información acerca de los procesos de relajación longitudinal y transversal ya mencionados. El intervalo entre la
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aplicación del impulso de radiofrecuencia y la emisión del eco se conoce como tiempo de eco (TE), también medido en ms.
Una secuencia típica está compuesta entonces por uno o varios impulsos de radiofrecuencia, cuyo resultado es la emisión de uno o varios ecos por parte del tejido estimulado. Esta secuencia se repite un número de veces que depende de la resolución requerida. Las matrices (número de filas) comunes son de 128, 256, 512, etc.
parámetros y tiempos
Varios de los parámetros técnicos con los que se planean las secuencias de impulsos pueden modificarse para lograr contrastes diferentes entre los tejidos, es decir, información acerca de su T1 o de su T2. Los parámetros más comúnmente manipulados son el TR, TE, TI y el ángulo de deflección de la magnetización o Flip Angle (θ), que es de 90 º en las secuencias SE (usualmente de 90º pero en la práctica pueden ser de casi cualquier ángulo), y –también usualmente- menor de 90º en las secuencias GE. En cuanto a los tiempos de Repetición y de Eco, si ambos tiempos son cortos, la imagen obtenida será una representación gráfica -en una escala de grises- en la que predomina la información T1 de los tejidos. Si el TR y el TE son largos, la información obtenida será predominantemente sobre el T2. Atención: no es posible separar por completo el T1 y el T2 de los tejidos. Esto significa que, en una secuencia diseñada para obtener información predominante acerca del T2, algunas de las señales obtenidas van a ser producto del T1 de los tejidos, y viceversa. La denominación inglesa “weighting” se refiere a este hecho. Una imagen “T1weighted ” significa que la información de la misma está “pesada” (en español es
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más común decir ponderada) hacia el T1 de los tejidos. Al realizar secuencias tipo SE, los tiempos de repetición y de eco determinan el tipo de información predominante que se obtiene de los tejidos. Por esto, es más correcto llamar a estas secuencias «de tiempos cortos» o, si se quiere mayor precisión semántica, “imagen con información predominante acerca del tiempo de relajación longitudinal de los tejidos”. Es fácil entender la razón para que el uso general haya abreviado este nombre correcto al de uso más común: «imagen T1» o simplemente «T1», denominaciones que no describen en forma completa al fenómeno físico de relajación de la magnetización de los tejidos, pero que definitivamente ahorran tiempo y suelen ser entendidas por los entendidos...
terminología - señales
Si analizamos la descripción de una imagen cualquiera de resonancia magnética, es común encontrar entre los novatos frases como «masa que es hiperintensa en T1 y T2», cuando estrictamente nos referimos a una masa cuya señal es alta, tanto en las secuencias de tiempos cortos como en las de tiempos largos (o en las imágenes con información predominante acerca del T1 de los tejidos y en las que predomina la información del T2 de los mismos). Los tiempos de relajación son propiedades de los tejidos, que no podemos modificar. Al variar los parámetros técnicos de las secuencias, podemos observar mejor alguno de los dos tiempos de relajación, pero nunca independizarlos por completo. Al entenderlos como propiedades de los tejidos, y no de las secuencias, debe quedar claro que no existen, estrictamente, «secuencias T1» ni «secuencias T2». Si usamos esta denominación imprecisa sin comprender que nos referimos a secuencias que reflejan predominantemente el tiempo de relajación longitudinal (o transversal) de los tejidos, podríamos caer en el común error de pensar que T1 y T2 son una característica que permite clasificar las secuencias. Para facilitar la comprensión de los términos «tiempos largos» y «tiempos cortos», ofrezco la siguiente guía, aplicable para las secuencias tipo SE: TR corto: < 500 ms TR Largo: > 1500 ms TE corto: < 30 ms TE largo: > 80 ms (Ojo: esta es una guía, por lo tanto, estos parámetros no deben tomarse como punto de referencia inmodificable.)
parámetros de una secuencia
Una secuencia típica de tiempos cortos tendría parámetros como: TR 500, TE 20. Las imágenes obtenidas de esta forma tienen información predominante sobre el T1 de los tejidos, por lo que en la práctica se les conoce como «imagen T1», «secuencia T1», o simplemente «T1». Un ejemplo de «imagen T2» con la técnica SE seria aquella obtenida con TR 3000 y TE 90. Si el TR es prolongado, pero el TE se mantiene corto, a la imagen obtenida se le conoce como imagen de densidad de protones, pues se supone que tendrá mayor información acerca de la densidad de protones en los tejidos. También se le conoce por su forma abreviada (DP). Sin embargo, la terminología moderna, que no parece haberse impuesto, sugiere que la denominación correcta sea la de «imagen mixta» o intermedia. La razón para ello es que este tipo de secuencia, en realidad NO brinda información acerca de la densidad protónica de los tejidos, aunque se haya bautizado pensando que sirve para ello. La información que se obtiene con las secuencias determina el contraste entre los tejidos examinados, y depende también de la información clínica que se requiere. En la mayoría de las imágenes
Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 25 Analogía: las imágenes con información T1 (arriba, izquierda), se han comparado con una fotografía que muestra detalles (anatómicos, por ejemplo), mientras que las imágenes con información T2 (abajo, izquierda) son las que muestran los «objetos brillantes», aquellos que suelen indicar que hay una lesión o anormalidad.
con información T1, las estructuras llenas de líquido (vejiga, espacio subaracnoideo) son de señal baja a intermedia, mientras que en las secuencias o imágenes con información T2 se vuelven muy brillantes. Sin embargo, aunque las estructuras de contenido líquido sean un buen parámetro para definir qué tipo de secuencia se analiza, para determinar el tipo de información adquirida de los tejidos examinados es indispensable identificar los parámetros técnicos utilizados en cada caso (TR, TE, etc.).
terminología de las secuencias
En las secuencias tipo GE, un parámetro adicional a tener en cuenta es el ángulo de deflección de la magnetización o Flip Angle, el cual también se puede modificar para obtener información T1 o T2. De hecho, en estas secuencias GE o FE, el ángulo puede ser un parámetro más importante que el TR y el TE para determinar el tipo de información a obtener. En general, ángulos de deflección pequeños (<30º) producen información predominantemente T2, y los ángulos mayores de 45º dan información tipo T1. Los parámetros de TR y TE son mucho más cortos que los utilizados en las secuencias SE. Las secuencias GE se explican con mayor complejidad y mayor potencial de confusión en otro anexo al final. Como se mencionó, una manera práctica de determinar el tipo de imagen que se analiza es buscar acúmulos normales de líquido, como el espacio subaracnoideo, la vesícula o la vejiga. En secuencias SE, las imágenes con información T1 se pueden identificar como aquellas en las que estos acúmulos de líquido se observan oscuros, las imágenes T2 demostrarán el contenido líquido como muy brillante. En las imágenes tipo DP, el líquido será oscuro, pero un poco menos oscuro (es decir, de señal
intermedia) que en los estudios T1. Sin embargo, la apariencia en sí misma puede no ser suficiente, especialmente si se han aplicado impulsos adicionales para eliminar tejidos específicos, por lo cual insisto en que la información técnica es imprescindible para saber con certeza qué tipo de imagen se estudia. La vesícula biliar, por ejemplo, puede ser brillante en secuencias con información T1, en casos de ayuno prolongado. Si no se tiene en cuenta la señal del canal espinal en el mismo corte donde se observa una vesícula biliar, se puede pensar erróneamente que se trata de una secuencia con información T2. La presencia de la información sobre los parámetros técnicos en las imágenes debería ser un parámetro de calidad de las mismas. Una imagen de RM en la que no se incluyan los parámetros que determinan su contraste (TR, TE, otros) es una imagen de baja calidad.
Ya se mencionó que hay otras características intrínsecas de los tejidos, que también se pueden estudiar en forma más o menos selectiva, alterando otros parámetros técnicos de la secuencia de impulsos de RF. Aquí se incluyen los fenómenos relacionados con el flujo, y una propiedad conocida como susceptibilidad, que es la capacidad de los tejidos de alterar el campo magnético al que son sometidos (como podría predecirse, hay un párrafo adicional sobre la susceptibilidad en otro anexo más, al final de este texto). Los tejidos tienen entonces una señal que depende de los factores intrínsecos descritos. Los parámetros con los que se realiza la secuencia de impulsos que los examina también los pueden hacer cambiar de apariencia, pues determinan el factor predominante con el cual se les compara.
Evite la terminología confusa: Aunque los términos «hiper» e «hipo» son auto explicativos (por si acaso, «hiperintenso» significa de alta señal, «hipointenso» equivale a «baja señal» [A propósito, cuando hablamos de «señal», nos referimos a su intensidad. Resulta tan redundante decir «intensidad de señal», como «kilogramos de peso»]). El término «isointenso» (así como «isodenso» en otras modalidades, significa «igual a» (en señal o densidad), es decir, SIEMPRE es comparativo. Isointenso puede ser al líquido (es decir, blanco, negro o gris, según la secuencia), o a la sustancia blanca (blanca, gris o negra). Para evitar ambigüedades, ¿porqué no decir que la señal es alta, intermedia, baja o nula? ¡Es una descripción inequívoca de la apariencia de un tejido dado! Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 27
señales - escala de grises
En la tabla siguiente, se indica la apariencia usual de diversos tejidos en secuencias SE: Señales de los tejidos en secuencias T1 y T2: (SE) TEJIDO Grasa Líquido simple (orina, LCR) Líquido complejo (proteináceo) Sustancia blanca Sustancia gris Médula ósea roja, hematopoyética Médula ósea amarilla, grasa Hueso cortical Fibrocartílago Cartílago hialino Tendones, Ligamentos Disco intervertebral Músculo Pulmón Hígado Páncreas Bazo Hematoma agudo subagudo crónico SEÑAL T1 Alta Baja Alta Alta Baja intermedia alta baja Baja intermedia Baja intermedia intermedia Nula intermedia intermedia SEÑAL T2 intermedia Alta intermedia o baja Baja Alta Baja intermedia a baja Baja Baja intermedia Baja Alta Baja Nula Baja Baja Señal en T1 <o= Hígado, Señal en T2 > Hígado Señal en T1 < Hígado, Señal en T2 > Hígado Señal compleja que depende de la evolución OBSERVACIONES En secuencias T2 tipo turbo o FSE, es muy brillante
Señal en T1 > T2 Señal en T1 < T2
intermedia a Baja baja intermedia a Alta baja Alta Alta Mixta mixta
Señal en T1 es alta en el borde En T1 y T2, el centro es de señal intermedia a alta, el borde de baja señal
La ausencia del fenómeno físico y químico de «acoplamiento en j», que se pierde por los estímulos repetitivos empleados en las secuencias FSE, parece ser la mejor explicación para que en las secuencias FSE de tiempos largos (información T2), la grasa acumule señal y se vea muy brillante (como el líquido), en vez de disminuir su señal (como pasa en las secuencias SE convencionales). Entonces, siempre que se usen secuencias FSE o TSE, la grasa será muy brillante, tanto en secuencias T1 como T2.
Un poco más de terminología: se describen las señales como alta, como sinónimo de brillante o blanca, baja, como sinónimo de oscura o negra, e intermedia, cuya apariencia será, por supuesto, gris. Los descriptores hiper e hipo intenso(a) se aceptan como sinónimos de señal alta y baja, respectivamente. El uso del término isointenso(a) siempre debe hacerse en forma comparativa, por lo tanto, en esta modalidad de descripción, debe incluirse la señal con la que se compara. Así, una estructura puede ser isointensa al LCR, sustancia blanca, sustancia gris, grasa, etc., implicando diferente intensidad de señal en cada caso. Por ello, considero inaceptable describir una lesión como simplemente «isointensa», cuando puede ser mejor llamarla de señal intermedia, representada como gris, sin riesgo de confusión. También es importante aclarar si se habla de la señal o de los tiempos de relajación. Estos últimos se describen como cortos o largos, lo cual puede ser motivo de confusión: ¡un tejido con T1 largo tendrá señal baja, mientras que un T2 largo implica una señal alta! Un concepto que es muy importante en las imágenes es el de resolución. En realidad, son tres conceptos en uno. La resolución espacial se refiere al detalle
que se puede obtener y depende del tamaño del elemento de imagen que conforma cada imagen. A su vez, el lado del cuadrado que corresponde al elemento de imagen o píxel (del inglés picture element) depende del tamaño del campo de visión (FOV - Field of View) utilizado. El cálculo es sencillo: el campo de visión se divide por el número de filas o columnas de la matriz de píxeles para obtener la dimensión del lado de cada píxel. Así, para una matriz de 128 x 128, con un campo de visión de 160mm, se obtienen cuadrados con lados que miden 1.25mm. Para mejorar la resolución espacial, se puede disminuir el campo de visión o aumentar la matriz. Con la mitad del campo de visión (80mm) y el doble de matriz (256x256), el resultado es que cada lado de cada píxel mide ahora menos de un milímetro (0.31mm). Por supuesto, el ejemplo trata de píxeles isotrópicos (cuadrados). Si se usan elementos de imagen rectangulares (anisotrópicos), la resolución será diferente según el eje que se examine. La tercera dimensión corresponde al espesor del corte, se le llama elemento de volumen o vóxel (de volume element). Si es igual que la dimensión de un píxel isotrópico, el resultado es un cubo. Si no es igual, el resultado obvio es un poliedro rectangular.
Nada es gratis. Para obtener una mayor resolución espacial, debemos repetir la secuencia más veces, tantas como filas tenga nuestra matriz (concepto que se aclara en otro capítulo). La resolución de contraste se refiere a la capacidad de distinguir señales en una escala de grises. Esto depende del entorno. Puede ser muy fácil detectar un punto blanco diminuto en un fondo negro, pero es más difícil detectarlo si el fondo es gris, especialmente si es muy claro, similar al blanco. Lo que esto significa es que no siempre detectamos cosas pequeñas por la resolución espacial que hemos programado, sino porque podemos manipular los contrastes para que los objetos muy pequeños sean evidentes. Por supuesto, el contraste depende de los tejidos, pero también de los parámetros que se escojan para las secuencias.
Concepto de resolución espacial. Arriba, FOV 160mm, 128 x 128 = 1.25mm. Abajo, FOV 80mm, 256 x 256 = 0.31mm, una resolución espacial que es mucho más apropiada para estructuras pequeñas, como los ligamentos intercarpianos. Con un FOV de 16 cm (inaceptable en una muñeca), la única manera de lograr píxeles menores a 1mm es aumentando la matriz a niveles tan altos que resultan prohibitivos en tiempo (512x512). [Moraleja: los rompecabezas de más piezas son más demorados de armar].
Concepto de resolución de contraste. Cuatro filas de seis puntos de diferentes tonos de gris, superpuestas sobre fondos también de tonos distintos. Todos los puntos son fáciles de discernir cuando el «tejido» de fondo es de baja señal (como en una secuencia con información T2). Si no se escogen adecuadamente los parámetros de las secuencias, algunos de los puntos se vuelven casi imperceptibles o invisibles (algunas de las lesiones no serán detectadas). Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 30
Nada es gratis. Para obtener una mayor resolución de contraste, debemos hacer varias secuencias, que nos brinden diferentes contrastes para tratar de detectar y caracterizar las lesiones que somos capaces de ver. La resolución temporal se refiere a la velocidad con que obtenemos la información. Este parámetro nos sirve para detectar movimiento, y lo aprovechamos para detectar parámetros fisiológicos o cambios en el tiempo luego de una intervención tan sencilla como la inyección de medio de contraste. En este caso, lo usual es escoger parámetros que realcen las diferencias en el contraste entre los tejidos, que resulten en secuencias que puedan hacerse de manera muy rápida, incluso sacrificando resolución espacial. Estas secuencias son especialmente útiles para seguir el comportamiento de diferentes tejidos luego de inyectar medio de contraste. Si se escogen adecuadamente los parámetros, se podrán diferenciar los tejidos de interés (por ejemplo tumor y tejido sano adyacente) aún con baja resolución espacial. La secuencia se hace antes de inyectar medio de contraste y se repite varias veces para detectar cambios en el comportamiento de estos tejidos de interés.
Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 31 Concepto de resolución temporal. Curvas de intensidad de tres diferentes tejidos luego de haber inyectado medio de contraste. Dos de ellos (curvas negra y blanca) realzan muy tempranamente; la curva blanca se estabiliza más pronto. El tercer tejido (curva gris) tarda en realzar y «lava» el medio de contraste más rápidamente que los otros dos.
Así, se pueden obtener curvas de intensidad a lo largo del tiempo, que sirven para hacer inferencias acerca de la vascularización, angiogénesis, etc. En estas secuencias, es más importante la resolución de contraste que la resolución espacial. El sacrificio en resolución espacial permite hacer secuencias más rápidas (mayor resolución temporal), en las que será más importante detectar cambios en la escala de grises que detectar detalles anatómicos. Sabemos de lo que es capaz nuestro equipo. El truco consiste en saber cuánta resolución espacial necesitamos para ver lo que queremos ver, dentro de un tiempo razonable que nos permita obtener la información suficiente para ver eso que queremos ver.
SE, GE, GraSE, FSE, DFSE, HASTE, IR, CHESS, FLARE, FLAIR, DESS, FID, SMASH, TSE, GRECO, FASCINATE, SPGR, FIESTA, EPI, TURBO, FISP, PSIF, RARE, FASE, STEAM, STAGE, GRASS, ROAST, STIR, SPIR, PASTA, FLASH, RISE, LAVA y CAIPIRINHA son sólo algunos de los nombres de secuencias disponibles en diferentes equipos. Esta proliferación de nombres tiene que ver, en parte, con el afán de las casas fabricantes de equipos de resonancia por presentar técnicas novedosas, o técnicas clásicas o antiguas rebautizadas con nombres diferentes, para dar la ilusión de que se trata de verdaderas ventajas sobre los equipos de la competencia. Por otra parte, el uso de siglas que puedan conformar palabras pronunciables fácilmente (en inglés) sugiere que los físicos e ingenieros involucrados en el desarrollo de estas técnicas tienen un peculiar sentido del humor. No de otra manera se explica el uso de juegos de palabras homófonas (FLAIR y FLARE) o que hacen referencia a alimentos (PASTA), o a maneras de prepararlos (STEAM, ROAST, STIR), fenómenos físicoquímicos (SMASH, RISE), actividades lúdicas (FIESTA), o nombres de cócteles y licores (CAIPIRIHNA, GRAPPA).
Al final de estos apuntes, reproduzco el texto en inglés (creo que en español no tiene sentido el juego de palabras) que he titulado TMA-2KTO (Too Many Acronyms To Keep Track Of) en el que trato de dar cuenta de la increíble proliferación de siglas en RM...
La verdad es que solo hay DOS tipos de secuencias, a las que ya se hizo referencia: Eco de espín (SE) Eco de gradiente (GE)
tipos de secuencias- SE y FSE
Aunque no está disponible en todos los equipos, es posible agregar una categoría adicional, en la que se combinan las dos maneras de adquirir ecos, representada por la secuencia mixta o combinada conocida como GraSE, que significa gradient and spin echo, algo así como «eco de gradiente y de espín». En los dos tipos de secuencia (SE y GE)se pueden intentar «clasificaciones» adicionales, en las que se tenga en cuenta, por ejemplo, si se forman uno o más ecos por cada TR. En la secuencia eco de espín convencional de tiempos cortos, precisamente por la corta duración de cada TR, de unos ms, sencillamente no había tiempo sino para obtener un eco por TR. Si el TR usado era largo (por ejemplo, 2000 ms), se podían obtener dos o más ecos en cada repetición, más comúnmente dos ecos, en la secuencia que se llegó a llamar «doble eco». En el escenario habitual, el primer eco era el reflejo de información mixta, con un TE corto, y el segundo eco era el reflejo del uso de tiempos (TE y TR) largos. En aquellos tiempos en que sólo era posible hacer secuencias SE, resultaba práctico contar con una secuencia que fuera capaz de producir dos clases de imágenes, una tipo DP y la otra tipo T2. En los inicios de la RM en el país, surgió una manera «criolla» -y
Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 33
errada- de llamar a la información obtenida en forma temprana: se le denominaba «primer eco del T2», mientras que al eco obtenido un tiempo después se le llamó «segundo eco del T2», cuando claramente se trataba de una secuencia en la que se obtenía más de un eco por TR, cada uno con características propias. La evolución tecnológica llevó a la aparición de la técnica denominada genéricamente como «adquisición rápida con realce de la relajación», más conocida por su sigla en inglés RARE (Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement) o por su descripción como «rápida» o «turbo», esta última como analogía a los motores de los automóviles más veloces.
tipos de secuencias - SE y FSE
Este tipo de secuencias, las «eco de espín rápido» (Fast SE o Turbo SE) fueron básicamente una variante de la secuencia convencional de eco de espín en la que se adquirían múltiples ecos por cada TR, lo cual requirió de un complejo proceso de manipulación matemática de la información para la creación de matrices de información numérica imaginaria, matrices que se pudieron «llenar» de información mediante lo que se conoce como trayectorias cartesianas y no cartesianas del espacio k, que se salen del objeto de esta revisión (a los interesados, recomiendo la lectura de los apuntes sobre el espacio k, la verdadera razón de ser de las secuencias). Actualmente, las variantes más comunes de las secuencias SE son las que usan la
Los dos tipos principales de secuencias son SE y GE. Ambas pueden tener uno o varios ecos. Las variantes principales de la secuencia SE son las rápidas y ultrarrápidas.
modalidad RARE, que pueden aplicarse en diferentes formas, como en el caso de las secuencias de inversión (IR, STIR, FLAIR), o en las técnicas ultrarrápidas (HASTE). Entonces, si queremos clasificar secuencias, no las dividimos en «T1» y «T2», sino en SE y GE. Son realmente los dos tipos de secuencias con los que contamos para formar imágenes con RM. Como se mencionó, hay una tercera, básicamente la mezcla entre las otras dos, GraSE.
generación de ecos de espín
De nuevo, para facilitar la representación gráfica del fenómeno de la generación de ecos, se presenta un esquema del estado de «reposo» artificial (el creado por el campo magnético externo) como unos vectores (amarillos) que giran alrededor del eje de dicho campo magnético (magenta). El diagrama se simplifica si se representa esta tendencia como un vector único que se superpone al vector del campo magnético externo. El proceso de excitación se ilustra con la aplicación de un impulso selectivo de RF (selectivo porque tiene una frecuencia que coincide con la de los vectores que precesan alrededor del campo magnético, es decir, igual a la relación giromagnética). En el caso de la secuencia eco de espín (SE), el impulso se llama de 90º porque los vectores son desviados desde el plano vertical (llamado longitudinal) al plano transversal. A este proceso se le llama deflección de la magnetización, el ángulo escogido suele ser de 90º en las secuencias SE, pero puede ser menor o mayor. Es importante recordar que realmente se trata de un cambio energético y no de un movimiento real de los átomos (imagino que, si pudiésemos «voltear» los átomos 90º o 180º, el paciente se vería como un pollo que está
Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 35
siendo rostizado, dando vueltas alrededor de su propio eje... por supuesto, como sólo es una pequeña proporción de átomos los que se «voltean», esto tampoco sucedería).
A medida que los vectores se desfasan en el plano transversal (por su relajación a diferente velocidad, que depende de su entorno molecular), cada vector en el plano transversal adquiere una posición o ángulo diferente con respecto al del campo magnético, es decir una fase diferente. La tendencia natural es a continuar así hasta que se acabe el componente transversal, es decir, cuando se haya recuperado completamente el componente longitudinal (vertical). La idea es reenfocar estos vectores, lo cual se logra mediante un estímulo a los espines: un impulso de RF que los obliga a regresar al punto de partida a la misma velocidad que tenían, por lo cual todos se van a encontrar al mismo tiempo en el punto de partida. Esta coincidencia de espines es la que produce el eco que nos interesa: precisamente, el eco de espín, la señal que contiene la información de cuyo procesamiento y análisis se hablará después.
La analogía clásica es la de los corredores de una pista atlética, donde siempre cada uno alcanzará una velocidad diferente. Antes de que la carrera termine (una vuelta), se pide a los corredores hipotéticos (espines) que den media vuelta y regresen al punto de partida, exactamente a la misma velocidad a la que venían. Esto significa que el corredor que iba «ganando» queda «de últimas» y que el que iba de último queda en primer lugar. La manera de «pedir» a los corredores que hagan esto es mediante un impulso de reenfoque, la aplicación de una onda de RF cuya duración (área bajo la curva) sea el doble del impulso de 90º, es decir, un impulso de 180º. El efecto que nos interesa es que, al regresar a la misma velocidad, todos van a llegar al mismo tiempo al punto de partida. Este «empate» es el que produce el eco que nos interesa: el eco de espín, la señal que añoramos procesar, bautizada spin echo por Erwin Hahn en su artículo original en Physics Review, cuya carátula se reproduce.
Haber tenido el gusto de asistir a la conferencia de Hahn «cómo me tropecé con el eco de espín», en la cual mostró los apuntes de su cuaderno, y la anotación al margen del momento en que él se da cuenta de que esa señal no es un artefacto sino un eco y escribe «EUREKA» con su puño y letra, fue un momento definitivo en mi formación...
Este proceso de reenfocar los vectores o espines se puede repetir las veces que se quiera, siempre que haya algo de magnetización transversal, es decir, antes de que los vectores vuelvan a la posición vertical, donde el componente horizontal es nulo. Así, pueden diseñarse secuencias con varios ecos dentro de un mismo TR. El TR sería el tiempo que tarda en «desaparecer» el componente horizontal o transversal. Teniendo en cuenta que se necesita un tiempo (precisamente el TE) para que surta efecto el impulso de reenfoque de 180º, no siempre hay suficiente tiempo (TR) sino como para uno o dos ecos. Hay que recordar que la gráfica no es exacta: los vectores siempre estarán en una orientación similar a la del eje del campo magnético externo, el componente horizontal sólo tendría valor cero si realmente los vectores quedaran superpuestos. La señal del componente transversal puede ser tan baja (no = 0) que simplemente no es detectable. Es una de las dificultades de tratar de dibujar la tendencia general de millones de millones de protones y aproximarlos a un simple vector que se desplaza 90º cuando esto realmente no es lo que sucede. De hecho, como se mencionó antes, ni siquiera hay movimiento real, sino cambios cuánticos en el nivel
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energético de los espines, que parecen más fáciles de entender si se asimilan a un movimiento angular o vectorial...
A manera de resumen, la secuencia básica usada en RM es la llamada eco de espín (Spin Echo), en la cual se aplica inicialmente un impulso de RF de 90º, seguido de uno de 180º. El eco se obtiene un tiempo después. Si el tiempo lo permite (TR) se pueden obtener más ecos en cada TR, comúnmente dos por TR. Mediante una combinación de tiempos de repetición (TR) y de tiempos de eco (TE), cada eco se puede «calibrar» para que contenga información sobre el T1 o el T2 de los tejidos, o para obtener información mixta de ambos tiempos de relajación. En la secuencia SE convencional, es necesario repetir la secuencia de impulsos de RF tantas veces como filas de píxeles contenga la imagen. Actualmente, se prefiere la técnica rápida llamada genéricamente Rapid Acquisiton with Relaxation Enhancement o Fast Spin Echo (FSE), eco de espín rápido, rápido por que no requiere de tantas repeticiones como filas de píxeles que contenga una imagen, sino de una fracción del número de filas. Esto se logra porque, en vez de llenar una fila por TR, se pueden llenar varias filas por TR. El factor de «aceleración» depende de si se llenan cuatro, ocho, dieciséis o más filas por TR. Aunque sufre de artefactos propios, la técnica FSE tiene la ventaja de obtener alta resolución espacial a mayor velocidad o resolución temporal (es decir, «mejor y más rápido»).
En la secuencia más comúnmente utilizada, conocida como eco de espín (spin echo -SE), se aplica inicialmente un impulso de 90º, seguido más adelante de uno de 180º. Luego del doble del tiempo entre estos dos impulsos, se recibe una señal -o eco- del tejido estimulado. Se pueden aplicar varios impulsos de 180º, cada uno de los cuales produce un eco. Como se mencionó, los ecos reflejan el proceso de relajación longitudinal y transversal de los tejidos. El paso siguiente a la preparación y a la excitación es obvio: relajación. Se refiere a la liberación de la energía (onda de RF) que se aplicó durante la excitación. Las interacciones entre los espines y su entorno y entre los espines entre sí son las que determinan las características del eco, que es básicamente una onda de RF que contiene información molecular. No es igual la respuesta (eco) de un protón asociado a una molécula pequeña, como la de agua, que el eco de un espín dentro de una molécula mucho más grande, como la de un ácido graso. He resaltado las palabras eco, de, y espín en forma intencional, de manera que sea obvio que el nombre de la secuencia más común (descrita por Carr, Purcell, Meiboom y Gill, por lo cual también se conoce con ese nombre o con la sigla
Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 40 Los átomos de hidrógeno de una molécula pequeña como el agua (H-O-H) tendrán mayor movilidad que los que se encuentran en moléculas grandes, como el cortisol o la aldosterona, por mencionar dos ejemplos. Aldosterona Fascímiles de los artículos originales de Carr, Purcell, Meiboom y Gill, que dan nombre a la más común de las secuencias usadas en RM, la secuencia SE o eco de espín.
CPMG) hace referencia precisamente al hecho de que los ecos que se reciben son de los protones o espines.
inversión - recuperación
Una variante de esta secuencia es la de Inversión - Recuperación (Inversion Recovery - IR), que es similar a la anterior, pero añadiendo un impulso inicial de 180º antes de la secuencia SE. Este estímulo previo puede aplicarse durante la fase de preparación o como parte de la fase de excitación. A este estímulo de radiofrecuencia se le conoce como impulso de inversión; en este tipo de secuencia se requiere de un parámetro adicional, conocido como tiempo de inversión (TI o τ -letra griega tau), utilizado para invertir o anular selectivamente la señal de algunos tejidos. Si el TI es corto, (de unos 110 a 130 ms en un equipo de 1.5T), se obtiene una imagen en la cual el tejido graso presenta baja señal. Esta es la secuencia STIR (Short Tau Inversion Recovery). Si, en cambio, se usa un TI prolongado (de unos 1500 a 2500 ms), se elimina o atenúa la señal de las colecciones líquidas, en una secuencia cuya información predominante es acerca del T2 de los tejidos. Esta secuencia (que es realmente una secuencia «T2», se conoce como FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery). Las secuencias que usan la técnica IR se describen con mayor detalle (pero no necesariamente con mayor claridad) en un anexo al final de este documento.
Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 41 Como su nombre lo indica, la secuencia IR comienza con una Inversión. A partir de ese momento (Recuperación), los tejidos pueden examinarse cuando el primero de ellos (cerebro - curva verde) cruza la línea de cero señal, o cuando el segundo (líquido - curva roja) lo hace. En el segundo caso, se atenúa la señal de líquido, y éste será de menor señal (oscuro) comparado con el cerebro, efecto obtenido con la secuencia FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery)
Hay además una forma de adquirir señales o ecos sin la aplicación de impulsos de 180º. Esto se hace invirtiendo la polaridad del campo magnético local al que está expuesto el tejido. A este procedimiento se le conoce como adquisición de ecos por inversión de gradientes, o eco de gradiente (Gradient Echo -GE) y es una técnica en la cual se inicia con un impulso similar al utilizado en la secuencia SE, pero usualmente de menor duración. Esto hace que la orientación de los campos magnéticos de los átomos en precesión sea modificada en un ángulo menor de 90º. El eco se obtiene mediante la inversión de la polaridad del campo magnético.
Aunque el vector se desplaza menos de 90º, se tiene en cuenta el componente transversal. Si en vez de aplicar un eco para reenfocar este componente en el plano transversal, se invierte la polaridad del gradiente del campo magnético, el efecto es como si todos los vectores cambiaran de cuadrante en el plano transversal. Si en el eco de espín es como si regresaran a la misma velocidad, en el eco de gradiente es como si de un «salto» quedaran en la posición inversa, el más rápido de último, el más lento en primer lugar. Así, al cabo de un tiempo (TE), todos se «reenfocan» produciendo un eco, pero a partir de una inversión de la polaridad del gradiente, no de la aplicación de un impulso de RF.
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Por tratarse de una técnica en la cual se usan gradientes para invertir la polaridad del campo, esta secuencia se llama eco de gradiente (Gradient Echo – nunca «gradiente de eco»), o eco de campo (Field Echo- ¡nunca «campo de eco»! ). Estos nombres diferencian la técnica de la descrita arriba, donde el eco es del espín, no del gradiente. Cuando se quiere realzar un tipo específico de tejido, se pueden escoger secuencias que optimicen el contraste entre el tejido de interés y los tejidos adyacentes, basadas en las diferencias entre sus tiempos de relajación. También es posible combinar algunas de estas técnicas, e incluso agregar impulsos que estimulen selectivamente algunos tejidos para hacer aparecer o desaparecer su señal. Es el caso específico de los impulsos de saturación de grasa, en los que se obtienen imágenes en las que se elimina la información de este tipo de tejido. Estas secuencias son sensibles al fenómeno de susceptibilidad magnética, el cual se manifiesta en presencia de metales o interfases tisulares con aire. Su sensibilidad hace que se conozcan genéricamente como «secuencias de susceptibilidad.»
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tipos de secuencias - GE
Las secuencias GE pueden ser coherentes o incoherentes. Esta descripción hace referencia al fenómeno conocido como estado de equilibrio, al cual se llega gracias al estímulo repetitivo y rápido que se obtiene al usar pequeños ángulos de deflección de la magnetización. El resultado es una apariencia del líquido que es brillante en todo tipo de secuencia, con información T1 o T2. Como puede ser confuso contar con secuencias con información T1 pero con líquido blanco, se han encontrado varias maneras de interferir o destruir esta «coherencia» del estado de equilibrio. La aplicación de impulsos de «interferencia» puede «dañar» el estado de equilibrio, y hacer que, en vez de obtener líquido brillante, éste sea oscuro, que
Los dos tipos principales de secuencias son SE y GE. Ambas pueden tener uno o varios ecos. Las secuencias GE pueden ser coherentes (con preservación del estado de equilibrio) o incoherentes (con La sigla GE (gradient echo) no debe confundirse con la que representa el nombre de una de las compañías que producen equipos de resonancia magnética, GE (General Electric). La descripción de las secuencias GE como coherentes e incoherentes se atribuye a Mark Haacke, un importante investigador (y autor obligado) en el tema del eco de gradiente.
sería lo «esperado» en una secuencia SE con información T1.
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tipos de secuencias - GE o FE
En inglés, el término spoiling hace referencia a la destrucción o «daño» del estado de equilibrio: se usa para las secuencias «spoiled» (SP), de las que hay, por supuesto, muchas variantes: la clásica eco de gradiente con interferencia (o destrucción) del estado de equilibrio (Spoiled Gradient Echo – SPGR) una variante rápida (Fast SPGR) y una que adquiere la información como un bloque tridimensional a partir del cual se pueden hacer diferentes reconstrucciones (3D SPGR). Las secuencias spoiled son las mismas incoherentes. Con ellas, se elimina cualquier magnetización residual al final de cada TR, lo cual significa que cada impulso de RF actúa únicamente sobre la magnetización longitudinal. La secuencia fue llamada por Siemens FLASH (Fast Low-Angle SHot), Philips y Toshiba las llaman T1-FFE (Fast Field Echo), porque al destruír el estado de equilibrio, el líquido aparece oscuro, como se espera en las secuencias con ponderación T1. Para General Electric, se llaman SPGR (SPoiled GRadient echo). Este tipo de secuencia es muy útil para adquisiciones 3D, o para estudios dinámicos, luego de la administración de medio de contraste. Usar ángulos menores a 90º significa que habrá siempre una magnetización transversa
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que puede acumularse a favor o en contra de la secuencia. Para cada relación TR/T1, habrá un ángulo óptimo que dará el mayor componente transverso con cada impulso de RF aplicado, es decir, la mayor señal. A este ángulo óptimo se le conoce como ángulo de Ernst.
Las secuencias eco de gradiente que son capaces de adquirir imágenes en menos de un segundo se conocen como secuencias GE ultrarrápidas. Es bien difícil lograr buena señal y buen contraste con TR y TE muy cortos; para un buen contraste T1, se necesita un ángulo de deflección de la magnetización mayor, pero el ángulo óptimo (de Ernst) cuando el TR es corto es pequeño. El truco es aplicar un impulso inicial de inversión (180º) a manera de preparación, lo cual incrementa la ponderación de la imagen hacia T1. Este tipo de secuencia se puede usar para obtener imágenes rápidas con información T1. Ejemplos de las secuencias ultrarrápidas GE son la Turbo FLASH de Siemens, TFE (Turbo Field Echo) de Philips, Fast SPGR de General Electric, T1-FFE (Fast Field Echo) de Toshiba o la RSSG (RF Spoiled SARGE [Steady state Acquisition with Rewound Gradient Echo]) de Hitachi. Otra variante de las secuencias ultrarrápidas GE incluye las adquisiciones 3D. Como en la versión 2D, se usan impulsos preparatorios antes de las adquisiciones, para favorecer la ponderación T1. El tiempo necesario para una secuencia 3D es muy largo como para que un solo impulso preparatorio baste, por lo cual se
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requieren varios impulsos preparatorios durante la adquisición. Estas secuencias se usan para lograr imágenes 3D con información T1, pero muy rápidas. Siemens la llama MP-RAGE (Magnetization-Prepared Rapid Acquisition Gradient Echo), Philips la conoce como 3D TFE (Turbo Field Echo), el nombre en Toshiba es similar, 3D FFE, para General Electric es 3D fast SPGR y para Hitachi es 3D RSSG (Radiofrequency-Spoiled Steady state acquisition with rewound Gradient echo). La aplicación típica es la adquisición 3D del cerebro, que puede usarse para mediciones volumétricas y para reconstruir imágenes en todos los planos a partir de una misma secuencia. La secuencia llamada eco planar, descrita en la década de los años 70 por Peter Mansfield (sí, el mismo que recibió el premio Nobel de medicina junto con el ya fallecido (en 2007) Paul Lauterbur) es una variante muy rápida de la secuencia 3D SPGR, en la que una sola repetición (TR) permite obtener TODA la información de un corte (todas las filas de pixeles). Este es un ejemplo de una secuencia que adquiere más de un eco a la vez. EPI (Echo Planar Imaging) es quizá una de las pocas siglas que ha sido adoptada sin variación por GE
(General Electric), Siemens, Hitachi, Philips y Toshiba. Esta técnica se usa en aplicaciones avanzadas, como las imágenes de difusión y perfusión y las imágenes de RMfuncional. La obvia contraparte de las secuencias GE incoherentes son las secuencias coherentes, en las que no se modifica el estado de equilibrio. En estas secuencias el líquido casi siempre será brillante, sin importar si los parámetros seleccionados favorecen la información T1 o T2. Son muy útiles para obtener lo que se conoce como «hidrografía», secuencias en las que es posible ver todo tipo de cavidades o conductos gracias a su contenido líquido. Las imágenes conocidas como de «efecto artrográfico», «efecto mielográfico», o las usadas para ver los conductos salivares, lacrimales o biliares son ejemplos de este tipo de secuencias. Algunas siglas que definen estas secuencias son la SSFP (Steady State Free Precession) o «precesión libre –es decir, sin interferencia- en estado de equilibrio». En la variante FID (Free Induction Decay) se toma una muestra de un componente de la señal del eco de decaimiento de inducción libre. Su contraste en TR corto se basa en la relación T1/T2*. Si el TR se prolonga, el contraste es similar al de las secuencias incoherentes. Los nombres de estas
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secuencias incluyen la FISP (Fast Imaging with Steady-state Precession) de Siemens, GRASS (Gradient-Recalled Acquisition in the Steady State) de General Electric, FFE (Fast Field Echo) de Philips y SARGE (Steady-state Acquisition with Rewound Gradient Echo) de Hitachi.
Una segunda variante de las secuencias SSFP es la que muestrea una porción del eco de espín. También es una secuencia coherente, en cuanto el estado de equilibrio no es interferido. Se comparan con las secuencias SSFP-FID puesto que parecen una versión «invertida» de dichas secuencias. PSIF (mirrorred FISP o FISP «en espejo») es el nombre que les dio Siemens, mientras que para General Electric es CE-GRASS (ContrastEnhanced GRASS) y para Philips es CEFFE (Contrast- Enhanced T2-weighted FFE).
Hitachi sigue siendo la compañía a la que le gustan los nombres más complejos: TRSG (Time-Reverse SARGE). Estas secuencias tienen una gran ponderación T2, es decir, muestran el líquido muy brillante, por lo cual tienen aplicación en el llamado «efecto mielográfico». La combinación de las dos técnicas anteriores resulta en la secuencia de Siemens denominada DESS (Dual-Echo Steady State), en la cual se obtiene ponderación T2 adicional, útil en aplicaciones ortopédicas, con capacidad de alta resolución, con adquisición 3D y líquido brillante («efecto artrográfico»). La variante «balanceada» de las secuencias GE coherentes incluye la Balanced SSFP y la CISS. En éstas, el efecto T2* es menor, y se obtiene mayor información T2. El contraste obtenido se basa en la relación T2*/T1. Esto significa que los tejidos con un T2 cercano a su T1 son los que aparecerán más brillantes. Estas son secuencias muy rápidas, y permiten obtener cortes finos, como en el caso de la secuencia llamada FIESTA (Fast Imaging Employing STeady state Acquisition, nombre comercial dado por la compañía GE (General Electric, ojo, ¡no confundir con Gradient Echo!)). Otra aplicación sería la obtención de imágenes localizadoras rápidas del abdomen, estudios fetales y cardiacos. En los equipos Siemens, la secuencia de precesión libre en estado de equilibrio se llama True FISP (Fast Imaging with Steady state Precession). En el diagrama de tiempo de las secuencias, para lograr «balancear» las secuencias, se requiere que las áreas bajo las curvas de los gradientes negativos sean iguales a las áreas bajo las curvas de los gradientes positivos. Para lograr esto, fue necesario esperar al desarrollo de gradientes más rápidos y más potentes; De ahí el nombre True FISP, que Siemens usó para contrastar con su secuencia FISP, que era sólo parcialmente balanceada. Otro truco usado para «balancear» las secuencias es aplicar impulsos alternos positivos y negativos, con ángulos de deflección que oscilan a cada lado del eje de magnetización. Toshiba las llama True SSFP (Steady State Free Precession); Philips prefiere el nombre Balanced FFE (Fast Field Echo), mientras no sorprende que Hitachi las llame con siglas que hacen referencia a otras siglas: BASG (BAlanced SARGE – Steady state Acquisition with Rewound Gradient Echo).
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La modalidad CISS hace referencia a las secuencias balanceadas de estado de equilibrio, en las que se alterna la fase de cada impulso de RF para mejorar la calidad de las imágenes mediante lo que se conoce como una «interferencia constructiva» (Constructive Interference Steady State, que es el mismo nombre que adoptó Siemens (CISS), mientras que en General Electric se llama FIESTAC (Fast Imaging with stEady-STate Acquisition and phase Cycling). Por último, menciono la secuencia híbrida que combina SE y GE, conocida como GraSE (Gradient and Spin Echo) en equipos General Electric o TurboGSE en los de Siemens. Se trata de una combinación de técnicas en las que se quiere obtener «lo mejor de dos mundos», es decir, ecos que son formados por impulsos de RF al estilo de la técnica RARE, a la vez que se adquieren múltiples ecos de gradiente al estilo EPI. El resultado es una secuencia muy rápida con información T2, con mejor resolución que su equivalente en SE, y con menos distorsión que la secuencia EPI convencional. Mientras que la grasa en las secuencias RARE con información T2 es muy brillante, con las secuencias híbridas se vuelve a obtener una disminución en la señal de la grasa en T2, como sucedía con las secuencias convencionales SE. La secuencia híbrida es rápida y de alta resolución, tiene aplicación en estudios con información T2 del cerebro y las articulaciones.
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generación de ecos de gradiente
Con el mismo esquema vectorial se puede tratar de explicar la manera cómo se obtienen ecos en la secuencia llamada eco de gradiente (GE) o eco de campo (Field Echo, FE). El proceso de excitación se ilustra con la aplicación de un impulso selectivo de RF (ya expliqué por qué se llama selectivo). En el caso de la secuencia eco de gradiente (GE), el impulso comúnmente es menor a 90º. En esta secuencia, no es necesario esperar a que haya una deflección de la magnetización desde la posición vertical hasta la horizontal, lo cual permite mayor velocidad y menor depósito de energía sobre los tejidos expuestos a estos impulsos de RF. Aunque no se llegue hasta los 90º, siempre habrá un componente transversal. En el plano transversal ocurre lo mismo que en las secuencias SE. Una vez interrumpido el estímulo que cambió la orientación del vector de magnetización (el impulso <90º), el componente transversal comienza a desfasarse. unos protones irán más rápido que otros, y se observan como un abanico (flechas verdes) sobre el plano transversal. Como en la secuencia SE, cada vector en el plano transversal adquiere una posición o ángulo diferente con respecto al del campo magnético, es decir una fase diferente. Aquí también aplica la
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analogía clásica de los corredores de una pista atlética, y también trataremos de hacer que, antes de que la carrera (que es a una vuelta) termine, todos lleguen al mismo tiempo a la meta, con lo cual se produce un eco.
En esta secuencia, la manera de obtener un eco es también reenfocando estos vectores. Como el componente longitudinal residual es alto (precisamente debido a que la deflección de la magnetización fue menor a 90º), un impulso de 180º no sirve para reenfocar. La solución está en invertir la polaridad del campo magnético mediante la aplicación de un gradiente en las bobinas que están en el imán. En este caso, el efecto no es el de pedir a los corredores que regresen a la misma velocidad que traían. ¿Cuál es el efecto de la aplicación de un gradiente que invierta la polaridad del campo magnético? Es como si todos los corredores dieran un salto desde el primer cuarto de la pista hasta el último cuarto de esa circunferencia. Al «voltearse», el efecto es que el primero quedará de último y el último asumirá la primera posición. En el tiempo esperado (TE), todos los vectores llegarán al mismo tiempo a la meta. Se ha producido un eco, pero no por la aplicación de un impulso de RF, sino por la aplicación de un gradiente. Este eco no es del espín, es un eco de un gradiente. De ahí su nombre, eco de gradiente, gradient echo, que NO debe traducirse como «gradiente de eco», como algunos lo llaman, desconociendo el origen de este
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fenómeno (el eco es del gradiente, no el gradiente del eco).
A comienzos de la década de 1990, Mitchell Schnall, físico nuclear y médico radiólogo de la Universidad de Pennsylvania, comenzó a dictar una conferencia a la que llamó «Anatomía de una secuencia de impulsos de radiofrecuencia». El haber sido testigo de su «disección» de las secuencias también fue una experiencia reveladora para mí. Tomo descaradamente el nombre de su conferencia, tanto a manera de homenaje amistoso, como por el hecho de que en las siguientes páginas trataré de compartir el estilo de Mitch para tratar de comprender, paso a paso, los principales fenómenos que ocurren cada vez que se inicia una secuencia de impulsos de radiofrecuencia. A estas alturas de los apuntes magnéticos, ya tenemos información acerca de los tiempos de relajación, los tipos de secuencias y la manera cómo se adquieren los ecos, que son nuestra «moneda». Analicemos, pues, lo que sucede cada vez que le pedimos a nuestros tecnólogos que hagan una secuencia del tipo eco de espín, la secuencia básica para casi cualquier estudio de RM. El primer paso es recordar nuestro gráfico de tiempo, una especie de «monitor» que registra varios parámetros a la vez, que hemos dado en llamar nuestros «signos vitales». Quienes hayan tenido la fortuna de presenciar la versión en vivo (conferencia) de estos apuntes, recordarán que las imágenes que acompañan esta sección son en realidad unas animaciones muy bien logradas (modestia aparte), que este formato de apuntes solo permite mostrar a manera de «fotografías instantáneas»
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La primera fila de nuestro monitor muestra precisamente la secuencia de impulsos de radiofrecuencia que hemos escogido, en la técnica eco de espín, SE. En el diagrama de tiempo, la he dibujado como una línea amarilla. El primer rectángulo representa el impulso de 90º, con el cual comienza la secuencia SE. Un tiempo después, aparece en esta misma línea un segundo rectángulo, del doble de ancho (y doble área bajo la curva), que, como se habrá deducido, corresponde al impulso de 180º. Muchos textos representan estos impulsos como una onda sinusoidal, una forma más correcta de hacerlo, pero bastante más difícil de dibujar (para mi nivel de experiencia con un programa como Powerpoint, en el que se elaboró la presentación). Siguen tres gradientes, que representan los tres ejes del espacio, en este caso en el siguiente orden: z, x, y. Como podrá suponerse, corresponden a los fenómenos necesarios para localizar las señales en tres dimensiones. El gradiente z se llama también gradiente de selección de corte, pues corresponde a la manera de informar al equipo que obtendremos información de un corte dado (por ejemplo, a la altura de la base del cráneo, o de los ápices pulmonares, etc). En este esquema, la he dibujado como
una línea blanca. Le sigue una línea azul, que corresponde al gradiente x o gradiente de codificación de fase. En la gráfica inicial muestra unas lineas semicirculares concéntricas a la izquierda, las cuales pretenden representar los cambios en la altura y orientación de este gradiente en el tiempo (más sobre esto después). La línea que sigue, en magenta, corresponde al gradiente y o gradiente de lectura. Este gradiente es un poco irregular, comienza en la secuencia típica de eco de espín con una porción negativa (debajo de la línea de base) y luego se complementa con un área bajo la curva de la misma duración que el eco que se pretende «leer». La última línea del «monitor» (verde) corresponde a la aparición del eco, que contiene la información de los tejidos. Como era de esperarse, aparece luego del doble del tiempo entre el primer estímulo de RF y el estímulo de reenfoque.
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En este esquema, sólo se ha graficado un TR, es decir, los hechos principales que suceden en sólo una de las veces que se repite esta secuencia de estímulos. Es decir, la «instantánea» muestra únicamente un intervalo TR, al cabo del cual todo se repite, comenzando de nuevo desde el extremo izquierdo de nuestro «monitor». Para tratar de entender la anatomía de la secuencia de impulsos, a continuación seguiremos el ejemplo de la secuencia, es decir, la repetición, pero con algo más de detalle de cada paso. Para ello, uso un nuevo esquema, en el cual se muestran dos repeticiones. De nuevo, aunque
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todos estos eventos son simultáneos, para entenderlos se decribirán como si sucedieran en forma independiente. En el nuevo esquema he dejado dos líneas, la de los impulsos de RF (amarilla) y la del eco (verde). Como se dijo, la secuencia corresponde al encendido y
apagado de bobinas que producen ondas de radio (impulsos de RF). De hecho, esta rápida conmutación de las bobinas con las corrientes requeridas para producir las ondas de RF es la que produce el ruido acústico que se oye durante un examen de RM. Lo he comparado con el «salto» de un fusible o «taco», como le decimos en Colombia, que produce un sonido audible. La conmutación de las bobinas requiere de varios encendidos y apagados en corto tiempo, que explica el traqueteo rítmico que caracteriza a los estudios de RM, y que, en general, es inevitable. Los impulsos de RF producen la deflección de la magnetización. En el caso de la secuencia SE convencional, el primer estímulo es de 90 grados. El tiempo transcurrido en la «instantánea» equivale a dos TR. Cuando ha transcurrido el doble del tiempo entre el primer y segundo estímulos, aparece (abajo) el eco (verde). Por supuesto, este tiempo es el TE. La aplicación de los impulsos de RF no tendría sentido si no se hace en un lugar determinado, es decir en un corte específico. El esquema se hace más complejo, pues se agrega entonces la línea que corresponde al gradiente de selección de corte, de color blanco en el «monitor».
Como puede verse, así como los impulsos de RF se repiten de manera idéntica (su amplitud y área bajo la curva son exactamente iguales en cada repetición o TR), el gradiente de selección de corte siempre es igual, pues indica que esos impulsos se están aplicando en un mismo corte durante toda la secuencia. El siguiente «signo vital» en el «monitor» corresponde al gradiente de fase. Como
se entenderá después, este gradiente se modifica con cada TR. En la manera clásica de hacerlo, la primera vez no se aplica ningún gradiente (gradiente 0, línea plana), la segunda vez se aplica un
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pequeño gradiente positivo, la tercera vez un gradiente de igual tamaño pero negativo, la siguiente vez el gradiente vuelve a ser positivo, pero de mayor tamaño, y así sucesivamente, alternando tamaño y polaridad hasta completar todas las repeticiones. ¿Cuántas veces se repite? Las que sean necesarias para la resolución que se haya escogido. Si la matriz escogida es de 512, esto se hace 512 veces. Si la matriz es de 256 x 256, el número de repeticiones es la mitad, doscientas cincuenta y seis, que corresponde a las filas que se tienen que llenar. Este es un concepto importante: las secuencias se repiten tantas veces como filas contenga la imagen. Cuantas más filas se usen, mayor resolución se obtendrá. Por supuesto, si el evento a repetir (los impulsos) tardan medio segundo (TR 500ms), completar 512 filas tarda 0.5 x 512 = 128 segundos, es decir dos minutos y ocho segundos. Una secuencia de TR largo, por ejemplo 2000 ms (dos segundos), a la misma resolución (512 filas) tomaría más de 8 minutos. Si en la práctica las secuencias con ese TR no demoran tanto, es porque hay disponibles varios «trucos» que permiten disminuir estos tiempos. Lo importante es entender que cada corte o imagen requiere de este mismo proceso, la repetición de los impulsos el número
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de veces que se haya escogido (resolución espacial). El gradiente de codificación de fase cambia con cada fila, los impulsos de RF tienen que ser los mismos hasta completar todas las filas. El gradiente de selección de corte también tiene que ser el mismo durante todas las repeticiones para que se apliquen en el mismo corte. Los ecos (línea verde) siempre aparecen en el mismo momento relativo, con respecto a la aplicación de los impulsos.
Hay que recordar que todos los eventos descritos hasta ahora suceden en forma simultánea. Describirlos «paso a paso« solo pretende facilitar su comprensión. El gradiente que falta es el y, llamado también gradiente de lectura. Como su nombre lo indica, sirve para «leer» la información que hemos obtenido mediante los estímulos aplicados (ondas de RF). Esa información está contenida en los ecos. Por ello, el gradiente de lectura se debe aplicar en el mismo momento en el cual aparece el eco (TE). En el esquema, se nota que el gradiente de lectura comienza un poco antes que el eco. La línea magenta se invierte justo antes de la aparición del eco (línea verde). El momento en que cruza la línea de base coincide con el comienzo del eco, y el gradiente «cubre» la totalidad del eco y finaliza al tiempo con éste. La inversión inicial es definitiva para el llenado del espacio k, concepto que se tratará en un número aparte de los Apuntes Magnéticos. Después, todo vuelve a comenzar (TR). De nuevo, esta representación esquemática es una simplificación de los eventos ocurridos durante una secuencia típica del tipo SE. En muchos casos, queda un efecto residual de alguno de los gradientes aplicados, y es necesario aplicar gradientes invertidos para que todo
Apuntes Magnéticos - secuencias Imagen obtenida de la literatura: esquema temporal de una secuencia de impulsos de RF AJ Morillo 57
vuelva al estado inicial antes de comenzar un nuevo TR. Sin embargo, los pasos fundamentales para completar una secuencia son los arriba descritos.
terminología - descripción
…y todo esto ¿para qué? No importa cuáles o cuántas secuencias se usen, la idea es lograr un balance entre la información requerida (T1, T2, T2*, χ, Flujo, etc.) y los planos de corte que mejor demuestren la anatomía a estudiar. Al final, lo más importante es incluir en la descripción de las lesiones su comportamiento magnético. Esto se logra mediante la descripción de su señal. Encuentro que es común que al hacer un primer intento por interpretar un estudio de resonancia magnética, se comience por una descripción superficial o incompleta de la señal de una lesión. Las descripciones como «lesión hiperintensa, localizada en …», carecen de la información más importante para comprender el tipo de lesión que se analiza: precisamente, el tipo de informacion de la secuencia que se está describiendo. Hay una gran diferencia entre una lesión que es hiperintensa en una secuencia con información T1, que el mismo comportamiento de señal en una secuencia T2. Sólo algunas pocas lesiones tienen señales típicas en ambas secuencias; la gran mayoría de patologías se observarán de baja señal en las secuencias T1, y de alta señal en las que tienen información predominante acerca del T2. Por este motivo, aunque
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suene a herejía, la señal de la lesión puede ser la característica menos importante en su descripción. Es más importante la descripción de sus otras características (localización, contornos, etc) para aproximarse al diagnóstico del tipo de lesión. Un ejemplo de una descripción que no aporta información útil: «Lesión hiperintensa» (¡así, a secas, sin una descripción de la secuencia en la cual se observa la lesión!) Cómo leerla mejor: «Lesión de alta señal en la secuencia T1» (Pocas cosas son de alta señal en las secuencias T1: grasa, metahemoglobina, líquido con alto contenido proteináceo, melanina, algunas calcificaciones y depósitos de minerales) Otros ejemplos de descripciones poco útiles: «Lesion hiperintensa en T2 y en FLAIR» (La secuencia FLAIR es simplemente una variación de la secuencia T2, en la cual, mediante la aplicación de un impulso de RF de inversión, se logra la atenuación de la señal de los acúmulos líquidos, como el espacio subaracnoideo en el cerebro, o los quistes simples hepáticos).
Este «truco técnico» sirve precisamente para diferenciar las lesiones sólidas, que presentan prolongación del tiempo de relajación transversal, de los quistes. Por tanto, quien use este tipo de descripción se pone en evidencia como alguien que NO ha entendido lo que observa, puesto que si traducimos esta descripción leeríamos «Lesión hiperintensa en T2 y en T2». [En un infarto cerebral, las secuencias T2, que pueden ser en los planos transversal y coronal, deben mostrarlo como un área de alta señal. En un caso así, dudo que alguien estuviera dispuesto a describir que una lesión es «hiperintensa en T2 en el plano transversal e hiperintensa en T2 en el plano coronal»] {…después del tono, marque el 9 para volver a empezar. ¿Aló?}. Otro «clásico» de la «literatura magnética»: «Lesión hipointensa en T1 e hiperintensa en T2» (La inmensa mayoría de lesiones tienen este comportamiento. Sería lo mismo decir «lesión igual a todas las demás». La manera «elegante» de decir que una lesión es de alta señal en T2 y de baja señal en T1 es: «Lesión que muestra prolongación de los tiempos de relajación longitudinal y transversal» (aunque dudo que esta
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descripción aporte mucho a su diagnóstico, pero por lo menos sugiere una mayor comprensión de los principios físicos de la RM, o, como mínimo, una lectura concienzuda de estos apuntes). Analogía exagerada para tratar de hacerme entender : sería como si cada vez que se obtiene una muestra sanguínea para un examen de laboratorio se menciona algo así como «…se obtienen 10 cc de sangre roja…». El momento de reportar esta característica, que podemos asimilar a la señal de una lesión en RM, sería precisamente esa muestra en la cual la sangre NO fue roja, sino verde, azul u de otro color. Por ello, creo que es más importante mencionar los casos menos frecuentes, como el hecho de que una lesión tenga alta señal en T1, o baja en T2.
En conclusión, para entender las secuencias de resonancia magnética se necesita: -tener algunos conocimientos básicos acerca de los principios físicos que explican la apariencia de los tejidos. -identificar el tipo de información que se puede obtener (T1, T2, mixta). -conocer los dos tipos principales de secuencias (son sólo dos, SE y GE, todas las demás son variantes de esas dos, y no son T1 y T2). Es importante recordar que un estudio de imágenes por resonancia magnética puede hacerse de muchas maneras diferentes, y que se planea de acuerdo a la información que se desee obtener. Tristemente, son escasas las ocasiones en que recibimos información suficiente en las remisiones (o en las entrevistas a los pacientes) sobre la información que se desea obtener. Por ello, debemos aprovechar los minutos que tenemos asignados con cada paciente para optimizar la información obtenida: una sesuda combinación de planos y tipos de secuencia, que nos permita hacernos una idea general del tipo de lesiones y su caracterización. Las secuencias disponibles tienen diferente sensibilidad para detectar diferentes tipos de lesiones. Hay secuencias específicas para la detección
Apuntes Magnéticos - secuencias AJ Morillo 60 Magneto, el villano de los cómics llevado al cine en la serie de ciencia ﬁcción X-Men, que NO corresponde a la traducción de magnet, que en español correcto se dice imán.
de pequeños focos hemorrágicos (secuencias de susceptibilidad), otras que demuestran mejor las placas desmielinizantes (FLAIR, SWAN), unas que únicamente demuestran estructuras vasculares con alto flujo, otras con selectividad química para tejidos grasos, unas más que permiten demostrar mejor ciertas estructuras anatómicas, en fin, posibilidades casi ilimitadas de información, que deben seleccionarse de acuerdo a cada caso clínico. Sin los datos suficientes para la planeación del estudio, se desaprovechan las capacidades de un recurso altamente especializado, como lo es un estudio de imágenes por resonancia magnética.
anexo 1: inversión - recuperación
Anexo para los curiosos e inquisitivos (o desocupados) TÉCNICAS DE INVERSIÓN RECUPERACIÓN (IR-TSE, STIR, FLAIR, MP-RAGE) La técnica de Inversión - Recuperación (IR) permite manipular el contraste entre los tejidos, cancelando selectivamente la señal de algunos de ellos, con el fin de acentuar las diferencias en contraste entre algunas lesiones y los tejidos que los contienen o que están adyacentes. La cancelación de señal se basa en la escogencia del tiempo de inversión TI, también denominado con la letra griega τ, tau. Los equipos modernos permiten visualizar las imágenes en dos formas, denominadas Real y Modular. Para aprovechar mejor estas secuencias, es muy importante fotografiar en cada caso la imagen que más información diagnóstica ofrece para el ojo del radiólogo. Para escoger el TI, se debe conocer el T1 del tejido que se desea cancelar. La sencilla fórmula T1 x 0.6 es una buena aproximación para escoger el TI, aunque también deben tenerse en cuenta factores como la potencia del equipo y el TR utilizado. En general, a 1.5 T, el tejido graso se cancela con TI de 100 a 120 ms. La cancelación de la señal del bazo se logra con TI cercano a 600 ms; el
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líquido cefalorraquídeo requiere de tiempos mucho más largos para cancelarlo. Sin embargo, es importante aclarar que esta saturación NO es químicamente selectiva. Esto significa que tejidos de señal similar pueden saturarse con esta técnica. Por ejemplo, si se utiliza STIR para «saturación» grasa, también pueden cancelarse las señales de otros tejidos con T1 señal similar, como algunos hematomas y el Gadolinio. (Moraleja: NUNCA usar STIR combinado con Gadolinio)
La secuencia STIR (Short Tau Inversion Recovery) se utiliza para cancelar la señal del tejido graso. Su mayor utilidad es en la visualización de alteraciones en la cavidad medular ósea, así como en el estudio de regiones anatómicas en las que haya planos grasos abundantes, como las órbitas, el cuello y el retroperitoneo. Las entidades en las que se utiliza con más frecuencia son: Contusión ósea, osteomielitis, metástasis y otros tumores óseos. Ganglios y otras masas en el cuello. La gran ventaja de STIR es que es una secuencia en la que se «suman» los efectos T1y T2, y las lesiones se observan muy intensas o brillantes en las imágenes Modulares y muy oscuras o negras en las imágenes Reales. Sólo porque es más fácil detectar las lesiones que brillan, en todos los casos en los que se usa STIR se prefiere estudiar únicamente las imágenes M. La secuencia IR-TSE utilizada en cráneo, con aplicación en pacientes con epilepsia y en niños, está diseñada para realzar las diferencias entre sustancia gris y blanca. En los niños, se deben escoger los parámetros de TI de acuerdo a la edad, ya que en los primeros años de vida hay cambios en el contenido de agua del cerebro que requieren ajustes
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en estos parámetros. Esta secuencia está diseñada para observar principalmente las anomalías morfológicas, como en las alteraciones de la migración neuronal y en la formación de los surcos corticales. También es útil para estudiar el hipocampo, pues define adecuadamente su anatomía. En estos casos, la imagen Real da una mejor definición anatómica, y es la que se prefiere fotografiar. La secuencia FLAIR (Fluid Attenuation Inversion Recovery) tiene información predominante T2, y se escoge un TI muy prolongado, con el fin de atenuar o cancelar la señal del líquido cefalorraquídeo. El resultado es una imagen similar a una de Densidad de Protones, con líquido cefalorraquídeo oscuro, pero con pobre contraste entre sustancia gris y blanca. Sin embargo, las alteraciones patológicas se observan brillantes, con una sensibilidad que parece ser mejor que la de la secuencia DP. En este caso, también se prefiere la imagen Real. La selección de la modalidad de presentación Real o Modular es fácil en los equipos Philips, donde puede seleccionarse de antemano la forma cómo se presenta la imagen al finalizar cada secuencia.
En casos de esclerosis múltiple, enfermedad vascular cerebral, isquemias, enfermedades degenerativas y metabólicas, la secuencia FLAIR se puede hacer en vez de una secuencia DP. En algunos casos de tumores, puede preferirse la secuencia DP a la FLAIR. En la mayoría de los casos, se puede eliminar la secuencia DP y remplazarla por una FLAIR. La secuencia DP tiene mejor contraste entre sustancia gris y blanca, la secuencia FLAIR tiene mejor contraste entre tejido normal y patológico. La secuencia MP - RAGE (Magnetization Preparation Rapid Acquisition Gradient Echo) Es una secuencia del tipo GE, la cual se combina con un impulso de Inversión para «preparar» la magnetización del tejido. Tiene gran utilidad en el abdomen, en el que se escoge un TI para cancelar el bazo. Debido a que la gran mayoría de lesiones focales hepáticas tienen un T1 similar al bazo, al cancelar esta señal, se harán más evidentes (oscuras) las lesiones intrahepáticas. Estas imágenes se estudian mejor en la forma Modular.
Descripción coloquial de IR: si se pudiera «sumar» todo lo oscura que es una lesión en una secuencia con ponderación T1 con todo lo brillante que sería esa lesión en una secuencia ponderada hacia T2, y si se pudiera lograr que esa suma se viera brillante, IR daría como resultado una lesión mucho más notoria, más brillante que en una secuencia con ponderación T2, sobre un fondo de baja señal, al seleccionar un TI de 0.6 del tejido que se quiera saturar, grasa en este esquema de una secuencia STIR
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La secuencia IR puede ser difícil de entender, si no se tiene en cuenta que la señal puede manejarse como un valor absoluto, pues es difícil imaginar una señal negativa o con valor inferior al 0, es decir, más oscura que el color negro. Con valores absolutos, la gráfica antes de la inversión se invierte. A la izquierda, la inversión antes de la aplicación del valor absoluto. El primer cráneo esquemático aparece con la señal de líquido más alta que la señal del «cerebro», aunque su curva sea al contrario (verde de más señal que rojo). Este efecto se comprende al ver la gráfica de la derecha, donde no hay señales más bajas que la representada con color negro. La línea de base corresponde al 0. La inversión de las curvas hace fácil entender que el líquido tenga señal más alta que el cerebro en el primer caso y se invierta a partir de ese momento (de manera optimista, se espera que la gráfica de abajo aclare la aparente inconsistencia entre las curvas y las imágenes).
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anexo 2: eco de gradiente
Anexo 2: eco de gradiente, estado de equilibrio y otros estados mentales alterados (porque así puede quedar uno después de tratar de entenderlo - lectura opcional). Como en la secuencia eco de espín, se obtienen señales (o ecos) luego de un estímulo, sólo que dicho estímulo no es un impulso de radiofrecuencia, sino la inversión de los gradientes del campo magnético. El resultado es similar, pues los componentes transversales de los vectores de magnetización de los protones en precesión regresan a un mismo punto, exactamente después del doble del tiempo transcurrido desde el estímulo (lo mismo que en eco de espín, se produce un primer estímulo, que es un impulso de radiofrecuencia, y después de un tiempo se aplica un segundo estímulo [otro impulso de RF] para que aparezca una reacción o eco. El tiempo que transcurre entre la aplicación del primer estímulo y el segundo es igual al que ocurre entre el segundo y la aparición del eco. En eco de gradiente se remplaza el segundo impulso de RF por una inversión de gradientes). En la secuencia eco de gradiente o eco de campo, se logran cambios en la información obtenida con base en el ángulo de deflección de la magnetización (θ, letra griega Theta) más que en el TR o
TE. La secuencia eco de gradiente suele ser más rápida que la secuencia SE (GE es su sigla en inglés, Gradient Echo. Debido a que el eco es producido por un cambio en la polaridad del campo magnético, a esta secuencia también se le llama eco de campo, FE, Field Echo. Las dos denominaciones son sinónimas). Esto se explica, en parte, porque se usan θ menores. Si no hay que esperar a que los vectores estimulados se desplacen los 90º que usamos comúnmente en SE, sino, por ejemplo, 10º o 25º, es entendible que ese desplazamiento vectorial será menor, y por tanto, las cosas pasarán más rápido. Estas secuencias son muy sensibles al movimiento (precisamente, son las utilizadas para detectar el movimiento de espines en los vasos, sí, ¡son las secuencias usadas en angioRM!). También son sensibles al fenómeno físico conocido como susceptibilidad magnética: los elementos metálicos, pero también los acúmulos de aire y las estructuras «secas», como los huesos y calcificaciones, se muestran como de muy baja señal en estas secuencias. La alta velocidad de estas secuencias las hace muy útiles para estudios dinámicos en los que se administra medio de contraste, o para adquisiciones con respiración suspendida.
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La alta velocidad de estas secuencias las hace muy útiles para estudios dinámicos en los que se administra medio de contraste, o para adquisiciones con respiración suspendida. GE en angiografía En un tejido homogéneo por el cual cursa un vaso, el impulso de RF produce un corte de señal homogénea, excepto en el sitio donde el vaso es cortado, donde existe ausencia de señal. La secuencia de eventos ya descrita hace que para el momento en el cual se recibe la señal (eco) el tejido que se encuentra dentro del vaso (sangre) ya se haya desplazado por fuera del corte (naranja). El momento en el cual se adquieren los ecos de un segmento dado puede coincidir con la llegada del bolo de sangre estimulado en un corte previo, lo cual produce un vaso de señal alta, fenómeno conocido como de «entrada». En la técnica angiográfica conocida como «tiempo de vuelo», se estimula intencionalmente por encima del vaso de interés para que en cada corte el vaso muestre señal alta. Con técnicas de procesamiento, se puede reconstruir el curso de un vaso. La velocidad requerida para este proceso hace que la técnica eco de gradiente sea usada para angioRM.
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El ángulo de deflección de la magnetización toma el papel de 1/TR en la secuencia SE. El ángulo óptimo es una función de TR y del T1 de los tejidos. A ángulos θ más bajos, se produce menor saturación de protones o espines, lo cual hace que la señal dependa más de la «densidad de protones». Cuando se disminuye el TR por debajo de 200ms, se puede producir el efecto de estado de equilibrio, en el cual el líquido aparece de alta señal, ¡sin importar si la información es T1 o T2! La información obtenida depende entonces de los tiempos de repetición y de eco, así como del ángulo de deflección de la magnetización. La siguiente tabla puede servir de guía para determinar el tipo de efecto que se obtendrá con las secuencias GE: Para confundir un poco las cosas, hay que recordar que los ángulos muy pequeños realmente tienen un muy bajo impacto T1. Esto significa que, estrictamente hablando, con θ pequeño no es que se obtenga información muy «pesada» hacia T2, sino que simplemente tiene muy, muy baja influencia de T1, lo cual realza las diferencias entre T2 y T2*.
Parámetro TR TE Θ
T1 200-500 ms mínimo 45-90º
DP 200-500 ms mínimo 10-20º
T2 200-500 ms 30-50 ms 10-20º
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Secuencias GE T1 Tienen varios nombres, que cambian con el fabricante. En Philips es T1- FFE, Siemens lo llama FLASH, General Electric lo llama SPGR, Marconi (antes Picker) lo llama RF-FAST. Usualmente se usan ángulos de deflección de la magnetización (flip angle) bajos, es decir menores a 90º y TR muy cortos, cerca de 150ms. Con tiempos de repetición tan bajos, se espera una pobre relación señal-ruido, pero al disminuir de 90º a 30º, se evita esta pérdida de señal. Luego de un impulso de 30º, la magnetización neta en el eje z se aproxima al 86% del valor de equilibrio Mo, lo cual significa que la recuperación T1 está casi completa, obteniendo relajación completa en un tiempo muy corto, típicamente menor a 500ms. Así, aún con un TR corto, usar un ángulo de 30º no tendrá mucha información T1. Al usar 50º o más, se reduce la magnetización z y se mejora la información T1. El TR tiene mucho menos efecto sobre el contraste que el ángulo. Secuencias GE T2 En la secuencia GE o FE, no se obtiene exactamente información T2, sino T2* (T2 efectivo) También tienen nombres que varían de acuerdo al fabricante, en Philips sería T2-FFE, Siemens lo llama FISP, General Electric lo llama GRE (antes lo llamaba GRASS, que significa Gradient Recalled Acquisition in the Steady State [nótese que la traducción correcta de Steady State NO es «Estado Estable» sino Estado de Equilibrio], que en español sería algo así como Adquisición en Estado de Equilibrio Obtenida por Gradientes) y PickerMarconi lo bautizó CE-FAST. También hay una denominación genérica SSFP (Steady State Free Precession), que usan indistintamente varios fabricantes de equipos. Se usan ángulos aún más bajos (es decir, < 30º) para disminuir los efectos T1, el aumento en TE afecta la imagen haciéndola más pesada hacia T2.
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anexo 3: apuntes de los apuntes
Anexo 3. Apuntes de los apuntes (explicaciones adicionales no necesariamente necesarias): 1. El T2 efectivo Es el mismo T2*, literalmente llamado en ingles T2 star (T2 estrella o asterisco), su nombre técnico es realmente T2 efectivo. Se explica por los efectos de las imperfecciones (heterogeneidades nunca «inhomogeneidades» en español) del campo magnético. No es posible hacer un campo magnético completamente homogéneo; aún en el caso de tener la ingeniería para lograrlo, con el sólo hecho de ingresar un paciente a dicho campo hipotéticamente «perfecto», los efectos de susceptibilidad de sus tejidos lo harían heterogéneo. 2. El estado de equilibrio (Advertencia: no apto para estados mentales alterados – puede empeorarlos). Cuando se utilizan tiempos de repetición muy cortos, la magnetización transversal no alcanza a decaer entre los impulsos de radiofrecuencia. Esto pasa especialmente cuando el TR << T2. Si el θ es alto, el resultado es que se obtiene mayor señal del líquido, incluso cuando se supone que la información obtenida es «T1». Si se mantiene el estado de equilibrio (Steady State), el efecto es que se retiene la coherencia transversal, es
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decir, el líquido aparecerá de alta señal, y la apariencia general no será la que se acostumbra en las imágenes con información predominantemente T1, es decir, con líquido oscuro. Las secuencias como FISP y GRASS retienen esta coherencia transversal, es decir, muestran el estado de equilibrio. La manera de obtener imágenes con apariencia de T1 (además de la información definitivamente ponderada hacia T1), es mediante la destrucción o interferencia del estado de equilibrio (spoiling). Ejemplos de secuencias en las cuales se destruye dicho estado son Spoiled GRASS y FLASH. Con parámetros idénticos, se obtienen entonces imágenes en las cuales el líquido es oscuro, como en las imágenes T1 a que estamos habituados con la técnica SE.
3. La susceptibilidad magnética La susceptibilidad magnética χ es una medida de cúanto puede magnetizarse un material o tejido cuando se pone en un campo magnético externo. Cuando dos tejidos con susceptibilidad magnética diferente están adyacentes, se pueden producir interfases que producen heterogeneidad local del campo magnético y se pueden manifestar como artefactos. Algunos autores (Elster, por ejemplo) sugieren que para simplificar el análisis, en vez de usar el concepto de susceptibilidad χ , se puede usar el de permeabilidad magnética μ. La relación entre permeabilidad magnética y susceptibilidad magnética es la siguiente: μ = 1 + 4πχ La aplicación práctica de este abordaje es que se pueden explicar algunos artefactos que pueden simular lesiones, simplemente por la manera en que se encuentran enfrentados dos tejidos con diferente susceptibilidad, específicamente en cuanto a su orientación y geometría. Así, una diferencia en la permeabilidad magnética entre un septo óseo rodeado por un volumen semiesférico de aire, que se encuentre perpendicular a un tejido blando adyacente, puede producir un error en registro que se proyecte más allá del septo, y dentro del tejido. Ejemplo práctico: Seno esfenoidal con un septo vertical que se inserta perpendicular (o casi) al piso de la silla turca, con el resultado de un artefacto que aparece como una imagen puntiforme de baja señal proyectada dentro de la hipófisis en el plano coronal, justo a la altura del septo óseo en el seno esfenoidal, simulando un microadenoma…
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En el número del 20 de mayo de 2009 del British Medical Journal, se publicó una carta que hacía referencia a lo indeseables que resultan los acrónimos. (The death of DNR: The undesirability of acronyms. Elizabeth L Combeer BMJ 2009;338. doi: 10.1136/bmj.b2016) Transcribo a continuación mis comentarios a esa carta, en la que hago referencia a la increíble - e incontrolableproliferación de siglas y acrónimos en RM. El texto está en inglés, idioma en el que esas siglas tienen sentido: 31 May 2009 TMA-2KTO (Too Many Acronyms To Keep Track Of) http://www.bmj.com/cgi/eletters/338/ may20_3/b2016#214509
Anibal J. Morillo, Institutional Radiologist Department of Diagnostic Imaging, University Hospital of the Fundación Santa Fe de Bogota, Colombia.
Em-vee-pee is the most valuable player or professional (MVP) in a sports season, but in Cardiology it becomes a mitral valve prolapse. Drop the P and replace it for an A (MVA) and, lo and behold, you have an statistical analytical tool (Multivariate Analysis, such as ANOVA [Analysis of Variance], among others), an abortion method that involves the suction of an embryo (Manual Vacuum Aspiration), a patient involved in a motor vehicle accident, or, as any parent of a 9- and a 12-yr old daughter knows, a recent computeranimated 3D feature ﬁlm from Dream Works Animation and Paramount Pictures (Monsters vs. Aliens). This movie includes several fender-benders, which can be further categorized into motor vehicle collisions (MVCs), road trafﬁc accidents (RTAs), or personal injury collisions (PICs), to mention a few. PIC, incidentally, is the Spanish version of intracranial pressure (ICP), not infrequently measured in patients with traumatic brain injury (TBI), another medical acronym that is also used for a tracheobronchial injury which can occur as a result of trauma, or for the radiotherapeutic technique of total body irradiation used in preparation for HSCT (Hematopoietic Stem Cell Transplantation).
Re: TMA-2KTO (Too Many Acronyms To Keep Track Of) Acronyms have become a part of our language, of any language, be it in the technical jargon or in common usage. There are literally thousands of initialisms, abbreviations and neologisms used in different disciplines. Some are simple arrangements of letters that are to be pronounced as in spelling bees, while others become incorporated as new words, that can become transformed into verbs or adjectives.
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By the way, PICC might be the People’s Republic of China’s largest casualty insurance company (People’s Insurance Company of China), but I am quite sure that most colleagues identify the acronym as synonymous with the intravenous access introduced in the middle of the seventies as an alternative to subclavian punctures, the peripherally inserted central catheter. TBI also refers to another feature ﬁlm, in this case a 2002 Universal Studios action thriller based on a novel by Robert Ludlum, about a special agent that ﬁghts his PTSD (Post Traumatic Stress Disorder) while he tries to unveil a CIA (Central Intelligence Agency) conspiracy. The Bourne Identity (TBI) would later become the ﬁrst part of a trilogy of action ﬁlms, expected to be followed by a fourth part to be released in the summer of 2010. There are many modern art museums around the world, but MoMA makes one think ﬁrst of New York’s fabulous venue, unless the name is heard by a Russian native of the Sakha Republic, who most probably would associate Moma with the name of a local river. The plot thickens (TPT): some acronyms are understood in different languages, while others attain a word status as they are translated from one language to another.
Common examples are the acronyms for several non- governmental organizations (NGOs). The North Atlantic Treaty Organization (NATO) becomes the OTAN both in Spanish and in French (Organización del Tratado del Atlántico Norte, and Organisation du traité de l'Atlantique Nord, respectively). Medical acronyms are just an example of the dissemination of this idiomatic practice, that some have traced to several centuries before our time (remember INRI?). As the English language has become preponderant in the scientiﬁc literature, many physicians around the world adopt acronyms that could be otherwise untranslatable. In my ﬁeld of work, my favorite acronyms refer to technical descriptions of magnetic resonance imaging (MRI) sequences. I believe that their names are evidence of the sense of humor (obscure as it may seem) that physicists possess: how else can one explain homophonous names such as FLAIR (FLuid Attenuated Inversion Recovery) and FLARE (Fast Low Angle Recalled Echoes)? It might not be FAIR (Flow sensitive Alternating Inversion Recovery) to assume that these acronyms are found in HASTE (Half-Fourier Acquisition Single shot Turbo spin Echo). Maybe the experts in engineering and quantum physics are evoking favorite
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foods such as PASTA (Polarity Altered Spectral – spaTial selective Acquisition, also Pointwise Assessment of Streamline Tractography Attributes, whatever that means) or ROAST (Resonant Offset Averaging in the Steady sTate), or that preferred strategy games such as CHESS (CHEmical Shift Selective imaging Sequence), simply FASCINATE (Fluid Attenuated Scan Combined with Interleaved Non-ATtEnuation) them and become inspirational when the time comes to christen their techniques. Whoever came up with FIESTA (Fast Imaging Employing Steady sTate Acquisition) was certainly overstated by the inventors of GRAPPA (GeneRalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition) and CAIPIRINHA (Controlled Aliasing In Parallel Imaging Results IN Higher Acceleration). If someone ever presents a sequence dubbed MARTINI, one could only expect to have at least two versions, to be chosen by the user’s own preference: shaken or STIR –ed (Short Tau Inversion Recovery)! Anyone who lets out STEAM (Stimulated Echo Acquisition Mode) in the creation of such acronyms is sure to produce a SMASH (Short Minimum Angle SHot) hit. Onomatopoetic or plain simply poetic? …It is not RARE (Rapid Acquisiton with Relaxation Enhancement) for LAVA (Liver Acquisition with Volume Acceleration) to RISE (Rapid Imaging Spin Echo)… Decades ago, when I had my ﬁrst chance to visit an academic hospital in the United States, my own conﬁdence on my command of the English language was shattered when ﬁrst confronted with an unexpected abundance of terms that were unintelligible to me. Soon, I came up with a diagnosis for my initial lack of understanding: an acute case of TMA-2KTO (Too Many Acronyms to keep track of). A triple A (AAA) can refer to an American automobile association or to a disease that can be considered an important health issue (Abdominal Aortic Aneurysm). Less frequently than it should be, it also refers to the most important –and commonly forgotten- descriptors of the ideal qualities of language: accuracy, adequacy and appropriateness.
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Casi todos los textos sobre resonancia magnética, los generales sobre diferentes aplicaciones o los específicos sobre las aplicaciones de la técnica en diferentes áreas del cuerpo, incluyen uno o varios capítulos introductorios sobre los principios físicos de la resonancia magnética. En algunos casos, el mismo experto en física escribe y reescribe sobre el tema en diferentes textos. En otros casos, cada editor de esos textos escribe sobre diferentes aspectos técnicos o físicos, o consigue a un experto que contibuye con una nueva manera de explicar los mismos fenómenos. Algunos ejemplos son los libros de Edelman, Higgins y Hricak, Brant-Zawadski, Newton, y Stark y Bradley, este último famoso por su enciclopédico alcance y por el hecho de llenar uno de sus tres tomos con los principios físicos que aquí nos ocupan. Las empresas fabricantes de equipos de diagnóstico por resonancia magnética también se encargaron de contribuir con manuales que resultaron siendo verdaderos clásicos sobre la física de la resonancia magnética. General Electric, Philips y Siemens son ejemplos de los orígenes de estos manuales, pero casi que cada fabricante puso su grano de arena para ayudarnos a comprender los requerimientos técnicos y físicos de la resonancia magnética. Algunos de estos manuales no eran firmados por un autor específico al que pueda hacerse un reconocimiento en esta bibliografía. Lo mismo puede decirse de los productores de medios de contraste. Las referencias aquí anotadas no son todas las que hay ni son todas necesarias para entender lo que hacemos cuando hacemos resonancia magnética. Es sólo una muestra de las fuentes que he usado para aproximarme a esta técnica, para comprenderla parcialmente y para tratar de explicarla. Algunas de las ideas arriba presentadas son tomadas de conferencias que he tenido el privilegio de presenciar, de éstos u otros autores. -Bitar R, Leung G, Perng R, et al: MR Pulse sequences: what every radiologist wants to know but is afraid to ask. RadioGraphics 2006; 26(2):513-537. -Blinder RA: Introduction to T1 and T2: What are they and why should I care? App Radiol 1988; 60-64. -Boyle GE, Ahem M, Cooke J, Sheehy NP, Meaney JF: An interactive taxonomy of MR imaging sequences. RadioGraphics 2006; 26: e24. Published online only. doi: 10.1148/rg.e24 -Bradley WG, Newton TH, Crooks LE: Physical principles of nuclear magnetic resonance. En: Newton TH, Potts DG (eds.) Modern Neuroradiology, vol II. Advanced Imaging Techniques. Clavadel Press, San Anselmo, 1983. -Bradley WG, Waluch V: Blood Flow: Magnetic resonance imaging. Radiology 1985; 154; 443-450. -Caruthers SD, Jara H, Melhem ER: MR Imaging: some applications of GRASE. Medica Mundi 1998; 42(3): 23-28. -Chavhan GB, Babyn PS, Jankharia BG, Cheng H-L M, Shroff MM: Steady-state MR imaging sequences: physics, classification, and clinical applications. RadioGraphics 2008; 28(4): 1147-1160. -Chavhan GB, Babyn PS, Thomas B, Shroff MM, Haacke EM: Principles, techniques, and applications of T2*-based MR imaging and its special applications. RadioGraphics 2009; 29): 1433-1449. -Constable RT:MR Physics of body imaging. Radiol Clin North Am 2003; 41(1): 1-15.
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