En esta secuencia, se aplica un pulso de RF sobre el objeto a representar.
Este pulso de RF típicamente produce un ángulo de rotación de 90º. Un gradiente de selección de
corte se aplica con el pulso de RF.
En el capítulo anterior, aprendimos los principios básicos para la obtención de imágenes por resonancia magnética mediante la Transformada de Fourier. Los ejemplos proporcionados correspondían a una imagen simplificada 90-FID. Aunque estos principios son correctos, algunos aspectos fueron simplificados para realizar una presentación inicial fácil de comprender. Algunos de estos principios se expondrán con mayor profundidad en esta sección. Se explicarán nociones sobre la adquisición multicorte (multislice), la adquisición volumétrica o tridimensional (3D), y la adquisición oblicua. También se presentarán dos nuevas secuencias para la obtención de imágenes: Espín-Eco e Inversión-Recuperación.
Si utilizamos la secuencia 90-FID presentada en el capítulo anterior, solo obtendremos
la mitad del espacio-k. Pero deseamos producir el equivalente de un eco en el centro de nuestra ventana de
adquisición cuando se enciende el gradiente codificador de la frecuencia. Esto nos proporcionará las mitades
derecha e izquierda del espacio-k. Para ello, necesitamos encender un gradiente de desfase, como se lo denomina,
en la dirección de codificación de la frecuencia. Aquí se incluye un diagrama temporal.
En esta secuencia, se aplica un pulso de RF sobre el objeto a representar.
Este pulso de RF típicamente produce un ángulo de rotación de 90º. Un gradiente de selección de
corte se aplica con el pulso de RF.
A continuación, se aplica un gradiente de codificación de fase.
El gradiente de codificación de fase se hace variar entre
G
m
y -Gm
en 128 o 256 pasos idénticos, como se realiza en todas las secuencias.
Un gradiente de desfase, en la dirección de codificación de la frecuencia, se aplica
al mismo tiempo que el gradiente codificador de fase para que los espines estén en fase en el centro del
período de adquisición..
Este gradiente tiene signo negativo e inverso al gradiente codificador de la frecuencia que se enciende durante
la adquisición de la señal. Un eco se produce cuando se enciende el gradiente codificador de la frecuencia
porque este gradiente reenfoca el desfase provocado por el gradiente de desfase
La inversión del gradiente es responsable del eco. Para no confundir este tipo de eco con el producido por un
pulso de 180º, este eco se denomina gradiente-eco.
El período denominado tiempo de eco (TE) se define como el tiempo entre el inicio
del pulso de RF y el máximo de la señal .
La secuencia se repite cada TR. La señal de una secuencia gradiente-eco se define a continuación.
Se presentará más sobre esta secuencia en el capítulo sobre Técnicas Rápidas para Obtención de Imágenes
Fast Imaging Techniques Capítulo.
Las imágenes obtenidas con una secuencia gradiente-eco son intrínsecamente más sensibles a las inhomogeneidades del campo magnético debido al uso del gradiente de reenfoque
En la secuencia gradiente-eco, el tiempo de adquisición de una imagen es igual al producto
del TR por el número de pasos de codificación de fase. Si el TR es de un segundo y tenemos 256 pasos de
codificación de fase, el tiempo total de adquisición de la imagen sería de 4 minutos y 16 segundos.
Si queremos obtener 20 imágenes de la región de interés, el tiempo de adquisición sería de aproximadamente 1.5 horas.
Esto, obviamente, no es de utilidad en el diagnóstico médico. Si analizamos el diagrama temporal de una
secuencia con un TR de un segundo, se observa que la mayor parte del tiempo queda sin utilizar
Este tiempo no utilizado podría ser usado para excitar otras secciones del objeto. La única restricción es
que la excitación utilizada para una sección no debería afectar la excitación de otros cortes. Esto se puede
lograr aplicando un único gradiente de selección de corte pero cambiando la frecuencia del pulso de RF de 90º.
Observe que las tres bandas de frecuencia de los pulsos no se superponen. En esta animación, se aplican
tres pulsos de RF en el período TR. Cada uno tiene una frecuencia central diferente.
ν1,
ν2, y
ν3.
Como consecuencia, los pulsos afectan diferentes cortes del objeto a representar .
La adquisición multicorte (multislice) es la técnica utilizada por defecto en un equipo clínico ya que permite representar un volumen anatómico en un tiempo más corto.
Existen varios esquemas de adquisición para las secuencias multicorte (multislice). Pueden ser cortes
intercalados, continuos, ó m cortes salteando n. La ventana de animación muestra cada esquema comparado
con un único corte.
Considere un conjunto de cortes de 3 mm, colocados uno detrás de otro, de manera tal que 10 cortes equivalen
a un espacio de 30 mm. Estos se consideran cortes continuos. Si ubicamos 4 cortes a distancias iguales en
los mismos 30 mm, estamos usando una adquisición de 4 cortes salteando 2. Un conjunto de cortes continuos,
o m cortes con n saltos se puede adquirir en forma secuencial o intercalada. Secuencial significa que
adquirimos los cortes en orden (1,2,3,.) mientras que intercalada significa que no adquirimos cortes adyacentes
simultáneamente (p.ej. 1,5,10..2,6,11,.3,7,12,.). Son preferibles las adquisiciones intercaladas porque los
pulsos de RF, y por lo tanto los cortes, no son perfectos. Un pulso de RF puede rotar los espines adyacentes a
la sección deseada en menor medida. Esto cambia el TR efectivo de la secuencia y por lo tanto el contraste.
La adquisición de un volumen es la adquisición de la señal de resonancia magnética de todo
un volumen en vez de una única sección tomográfica. Se puede considerar como la adquisición de varios cortes
contiguos de una región del objeto a representar
El número de cortes contiguos siempre es múltiplo de 2.
El diagrama temporal de una secuencia volumétrica se muestra a continuación.
Se aplica un pulso de RF
y un gradiente de selección de volumen
que hacen rotar únicamente aquellos espines del volumen del objeto a representar. Esta combinación de pulsos es
equivalente a una combinación de selección de corte, excepto por el grosor del corte que puede ser de 10 o 20 cm.
Después de los pulsos de selección de volumen, se aplican el gradiente de codificación de fase en la dimensión 1
y otro en la dimensión 2.
Cada uno se hace variar entre un valor máximo y mínimo, como todos los gradientes de codificación de fase.
Los dos pulsos de gradiente se aplican simultáneamente y en ciclos que corresponden a todas sus posibles
combinaciones.
El gradiente codificador de la frecuencia tiene un lóbulo negativo de desfase para que los espines se
encuentren en fase en el centro de la ventana de adquisición.
El gradiente de codificación de frecuencia se aplica
y se obtiene una señal, como en todas las anteriores secuencias.
El tiempo de adquisición es igual al producto del TR por el número de pasos de codificación de fase en la dimensión 1, por el número de pasos en la dimensión 2. Debido a que este tiempo resulta elevado, se utiliza generalmente una secuencia gradiente eco para la adquisición volumétrica. La resolución, en la dirección que corresponde a la dirección del corte en una secuencia 2D, puede ser mucho menor en una secuencia volumétrica que en una secuencia tomográfica. Por lo tanto, las secuencias de adquisición volumétrica se utilizan cuando la resolución deseada en la dirección del corte es menor a ~ 2 mm. También se usa cuando se desean voxeles isotrópicos..
La adquisición de planos ortogonales a lo largo de los ejes X, Y ó Z se realiza fácilmente con la secuencia
presentada en el Capítulo 7. Sin embargo ¿qué pasa si la región anatómica de interés no coincide con uno de
los 3 planos ortogonales de la imagen? Aquí es cuando surge el concepto de adquisición oblicua. La adquisición
oblicua es la representación de un objeto que se encuentran entre los ejes convencionales X, Y y Z.
La adquisición oblicua se realiza aplicando combinaciones lineales de los gradientes de campo magnético X, Y y Z,
de forma tal de producir un gradiente de selección de corte perpendicular al plano del objeto a representar,
un gradiente codificador de fase a lo largo de uno de los bordes del objeto a representar, y un gradiente
codificador de frecuencia a lo largo del borde restante del objeto. Por ejemplo, si queremos representar una
sección que se encuentra a lo largo del eje X pero que pasa entre los ejes Z e Y, formando un ángulo de 30º
con el eje Y y uno de 60º con el eje Z,,
la siguiente combinación de gradientes sería necesaria
|
Gradiente de Selección de Corte
| Gz = Gs Sin 60o |
| Gy = -Gs Cos 60o | |
|
Gradiente de Codificación de Fase
| Gz = G Sin 30o
|
| Gy = G Cos 30o
| |
|
Gradiente de Codificación de Frecuencia
| Gx = Gf |
Los gradientes de codificación de fase y frecuencia son intercambiables. También
observe que con un gradiente positivo se obtiene el mismo resultado que con un gradiente negativo, y que el ,
Cos(θ) = Sin(90-&theta) y Cos(90-θ) =
Sin(&theta).
El diagrama temporal de esta secuencia se puede observar a continuación.
La adquisición oblicua es actualmente muy común en IRM porque los planos anatómicos
más útiles en diagnóstico no son siempre perpendiculares o paralelos a los ejes X, Y ó Z.
La orientación del plano a representar es elegida gráficamente por el operador después de
obtener una serie inicial de imágenes localizadoras de la anatomía. El sistema operativo del equipo
calcula los valores exactos de
Gz,
Gy,
y Gx values to use
para crear los Gs,
G,
y Gf
necesarios para producir el corte oblicuo.
Por favor, lea la información adicional sobre el uso de matrices de rotación para
calcular las combinaciones lineales de
Gx, Gy, y Gz. 
En Capítulo 4 hemos visto que la señal puede ser producida por una secuencia espín-eco. Una ventaja de la secuencia espín-eco es que introduce una dependencia de la señal con el T2. Como algunos tejidos y patologías tienen valores similares de T1 pero valores diferentes de T2, resulta conveniente tener una secuencia de adquisición que produzca imágenes que dependan del T2. La secuencia de adquisición espín-eco se presentará en la forma de diagrama temporal solamente, ya que la evolución de los vectores de magnetización a partir de la aplicación de los gradientes de selección de corte, codificación de fase y codificación de frecuencia es similar a lo ya presentado en el Capítulo 7 Capítulo 7.
El diagrama temporal de una secuencia de adquisición espín-eco representa el inicio de los pulsos de RF,
los gradientes de campo magnético, y la señal
Un pulso de RF de 90° se aplica conjuntamente con un gradiente de selección de corte.
Un período de tiempo igual a TE/2 transcurre, y se aplica un pulso selectivo de RF de 180° conjuntamente con el gradiente de selección de corte..
Un gradiente codificador de fase se aplica entre los pulsos de 90° y 180°. .
Como en las secuencias anteriores, el gradiente codificador de fase se hace variar en 128 o 256 pasos entre
G
m y
-Gm.
El gradiente codificador de fase puede ser aplicado después del pulso de 180° pero, si queremos
minimizar el tiempo TE, el pulso se debe aplicar entre los pulsos de RF de 90° y 180°.
.
El gradiente de codificación de la frecuencia se aplica después del pulso de 180°, mientras se obtiene el eco.
La señal obtenida es el eco. La FID producida después del pulso de 90° no se utiliza.
Un gradiente adicional se aplica entre los pulsos de 90° y 180°. .
Este gradiente tiene la misma dirección que el gradiente codificador de la frecuencia, y desfasa los espines
para que se refasen hacia el centro del eco. Este gradiente en realidad prepara la señal para que se encuentre
en el borde del espacio-k cuando se inicia la obtención del eco..
La secuencia completa se repite cada TR hasta completar todos los pasos de codificación de fase. La señal de una secuencia espín-eco se define como
In Capítulo 4 hemos visto que se puede obtener una señal de resonancia magnética mediante la secuencia de inversión-recuperación. Una ventaja del uso de la secuencia de inversión-recuperación es que puede anular la señal de uno de los componentes debido a su T1. Recordemos del Capítulo 4 que la intensidad de la señal es cero cuando T1. Nuevamente, esta secuencia se presentará en la forma de diagrama temporal solamente, ya que la evolución de los vectores de magnetización a partir de la aplicación de los gradientes de selección de corte, codificación de fase y codificación de frecuencia es similar a lo ya presentado en el Capítulo 7. .
Se presentará una secuencia de inversión-recuperación que utiliza una secuencia espín-eco para la obtención de la señal. Los pulsos de RF son 180-90-180. Una secuencia de inversión-recuperación que utiliza una secuencia gradiente-eco para obtener la señal es similar pero utiliza una secuencia gradiente-eco en el lugar de una espín-eco.
El diagrama temporal de una secuencia de inversión-recuperación representa el inicio de
los pulsos de RF, los gradientes de campo magnético y la señal.
Un pulso selectivo de RF de 180° se aplica conjuntamente con un gradiente de selección de corte..
Se deja transcurrir un período igual a TI y se aplica la secuencia espín-eco.
TEl resto de la secuencia equivale a una secuencia espín-eco. La secuencia espín-eco
registrará la magnetización presente en el momento TI después del pulso de 180°.
(Se puede usar una secuencia gradiente-eco en vez de una secuencia espín-eco).
Todos los pulsos de RF en la secuencia espín-eco son de selección de corte, y se aplican conjuntamente
con los gradientes de selección de corte. Entre los pulsos de 90° y 180°, se aplica un gradiente de codificación
de fase. .
Este gradiente codificador de fase se hace variar entre
Gm y
-Gm en 128 o 256 pasos idénticos
El gradiente codificador de fase no se puede aplicar después del primer pulso de 180° porque no hay magnetización transversal para codificar en fase en este momento. El gradiente de codificación de frecuencia se aplica después del segundo pulso de 180°, durante la obtención del eco.
La señal obtenida es el eco. La FID producida después del pulso de 90° no es utilizada. El gradiente de desfase entre los pulsos de 90° y 180° se usa para posicionar el inicio de la obtención de la señal en el borde del espacio-k, como se describió anteriormente para la secuencia espín-eco. La secuencia completa se repite cada TR. La señal de una secuencia de inversión-recuperación que utiliza una secuencia gradiente-eco se define como
y la señal de una secuencia de inversión-recuperación que utiliza una secuencia espín-eco se define como.
Un agente químico de contraste (AC) es una sustancia que se introduce en el cuerpo para cambiar el contraste
entre los tejidos.
Los agentes de contraste son generalmente materiales paramagnéticos, pero algunos son ferromagnéticos. Los mecanismos de contraste difieren
para estas dos clases de material..
Mecanismo de Contraste
Los agentes de contaste ferromagnéticos cambian el contraste al distorsionar el campo magnético Bo
alrededor
del material ferromagnético que contiene el agente de contraste. Esto cambia el T2* de las moléculas de agua
alrededor del agente de contraste ferromagnético. Los agentes de contraste ferromagnético son típicamente
nanopartículas de hierro adheridas a un sustrato orgánico.
Los agentes de contraste paramagnéticos cambian el contraste al crear campos magnéticos variables en el tiempo que promueven la relajación espín-red y espín-espín de las moléculas de agua. Los campos magnéticos variables en el tiempo provienen tanto de los movimientos rotacionales del agente de contraste, y de las inversiones de los espines de los electrones no apareados del material paramagnético en el agente de contraste. Recuerden que los campos magnéticos variables en el tiempo a una frecuencia ν y 2ν promueven cambios en el T1, y que los campos magnéticos variables mayores a 2? promueven el T2. Un medio de contraste paramagnético característico es un complejo formado por un ión metálico paramagnético como el manganeso (Mn+2), el hierro (Fe+3), o el gadolinio Gd+3). El Gd es el ión metálico más común utilizado en los agentes de contraste paramagnéticos. Tiene un espín electrónico de 7/2 y, por lo tanto, siete electrones no apareados que promueven la relajación del espín debido a la inversión de los espines y el movimiento rotacional.
La relaxividad r1 o r2)
de un agente de contraste en agua es el cambio en 1/T1 or
1/T2 del agua por concentración del agente de contraste.
Para apreciar este concepto, consideremos el siguiente diagrama
de 1/T1 en unidades de s-1
versus la concentración de gadolinio [Gd+3] a 273 K.
La intersección de la línea 1/T1 a una concentración de cero es el valor 1/T1 del agua.
La pendiente es la relaxividad r1. La relación entre T1, r1, y la concentración del material
paramagnético esta dada por la siguiente ecuación
La relaxividad es dependiente del campo magnético y la temperatura, por ello generalmente se informa conjuntamente con la intensidad del Bo y la temperatura.
Estructuras Químicas
Desafortunadamente, muchos iones metálicos (M) paramagnéticos son tóxicos. Para disminuir su toxicidad,
estos iones metálicos se acomplejan con otras moléculas o iones denominados ligandos (L) para evitar que
formen complejos con otras moléculas del cuerpo. La estabilidad del complejo metal-ligando (ML) esta dada
por la constante de formación (K) para esta reacción
ML
donde
Idealmente, sería óptimo tener una K bajo condiciones fisiológicas, por ejemplo con un pH=7.4. Desafortunadamente, algunos buffers que se utilizan para lograr el pH deseado pueden precipitar el Gd y alterar este equilibrio. Por esta razón, a continuación se informan solo los valores de K a pH=7
La constante K no solo es la cantidad que determina la toxicidad. Una K elevada puede aún resultar en la liberación de iones metálicos tóxicos en presencia de otro ligando (L') u otro ión metálico (M') que compita con M y L. Por ejemplo, el intercambio del ligando
ML' + L ,
libera ML', que incluso puede presentar mayor toxicidad que ML
La transmetilación es el intercambio de un metal en el agente de contraste con un ión metálico en solución.
M'L + M
En la transmetilación de un agente de contraste que contiene gadolinio, el Gd liberado es tóxico. Algunos agentes de contraste son más susceptibles a la transmetilación e intercambio de ligando que otros. Por ejemplo, los agentes de contraste que contienen ligandos cíclicos tienden a ser menos susceptibles a la transmetilación que los agentes de contraste con ligandos lineales.
Aunque siempre se debe tener cuidado al inyectar un material externo, la mayoría de los
agentes de contraste utilizados en IRM son seguros a menos que sean administrados en grandes cantidades y
a individuos con compromiso de la función renal. La administración de ciertos agentes de contraste en dosis
elevadas a pacientes con deterioro de la función renal puede provocar fibrosis sistémica nefrogénica (NSF).
El siguiente cuadro contiene una lista de algunos agentes de contraste utilizados comúnmente en IRM, y sus estructuras, nombres comerciales, marcas, aplicaciones, constantes de equilibro y relaxividades
| Agentes de Contraste Paramagnéticos usados en IRM | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Nombre Comercial (fabricante) |
Nombre, , (Abreviatura), & Estructura |
Aplicación | Estructura Relaxividad K |
||
| Ablavar (Lantheus), Vasovist (Bayer Schering) |
trisodium |
MRA | |
||
| Dotarem (Guerbet) |
meglumine (Gd-DOTA) |
CNS, Vascular | |
||
| Eovist (Bayer Schering), Primovist (Bayer Schering) |
disodium salt |
Hígado | |
||
| Gadovist (Bayer Schering) |
(Gd-DO3A-butrol) |
MRA | |
||
| Magnevist (Bayer Schering) |
dimeglumine (Gd-DTPA) |
CNS, Vascular | |
||
| MultiHance (Bracco) |
dimeglumine (Gd-BOPTA) |
CNS Hígado MRA |
|
||
| Omniscan (GE) |
(Gd-DTPA-BMA) |
CNS, Vascular | |
||
| OptiMARK (Covidien) |
CNS, Hígado | |
|||
| ProHance (Bracco) |
(Gd-HP-DO3A) |
CNS, Vascular | |
||
| FerriSeltz (Otsuka), Geritol (GlaxoSmithKline) |
citrate |
Estomago y intestino superior |
|
||
| Teslascan (GE) |
Trisodium |
Hígado | |
||
Funcionalidad
A excepción de los agentes de contraste para la adquisición de imágenes del sistema digestivo, los agentes
de contraste se administran por vía intravenosa. Después de la inyección del agente de contraste, el sistema
circulatorio lo transporta por todo el cuerpo. En cierto momento, los agentes de contraste toman diferentes
cursos dependiendo de su funcionalidad: intravascular (IV), extracelular (EC), o intracelular (IC).
Un agente de contraste intravascular es diseñado para permanecer en el sistema circulatorio hasta que es
excretado por los riñones.
Estos agentes de contraste son utilizados para mejorar el contraste en la angiografía por resonancia magnética (MRA).
Los agentes de contraste extracelular viajan por el sistema circulatorio y pasan al fluido extracelular sin ingresar en las células.
Estos agentes de contraste producen una rápida relajación del agua extracelular,
e incluso dentro de las células ya que los H+ difunden rápidamente a través de las membranas.
Los tumores están más vascularizados que los tejidos sanos y, por ello, reciben más agente de contraste que
los tejidos sanos.
Por lo tanto, a más vasculatura, mayor es el cambio de T1 y mayor es el contraste.
Los agentes de contraste intracelular van un paso más allá que los agentes de contraste extracelular.
Pueden ingresar a la célula .
Estos agentes de contraste se acumulan en un tejido específico.
La causa de la acumulación es la afinidad por un tejido específico
Estos agentes de contraste tienen un grupo, designado como P en el dibujo, que puede ser transferrina,
otras proteínas, anticuerpos, alguna secuencia de ADN, u oligonucleótidos. El grupo P se adhiere al Gd o
a algún otro ión paramagnético o partícula ferromagnética.
Algunos agentes de contraste extracelular son activados fisiológicamente. Es decir,
experimentan algún cambio de su estructura en presencia de un activador.
El cambio de estructura provoca un cambio de accesibilidad al Gd por parte de las moléculas de agua y, por lo tanto,
de r1 and r2. El activador puede ser el pH o la concentración de otra sustancia.
La ventana de animación muestra un agente de contraste que es sensible a los iones de calcio.
Los grupos -COO- tienen mayor selectividad por el Ca2+ que por el Gd3+.
A medida que aumenta
la concentración del ión calcio, los grupos -COO- se ligan preferentemente con el Ca2+ y
mayor cantidad de moléculas de agua quedan expuestas alGd3+ y sus campos magnéticos fluctuantes.
La técnica de adquisición con supresión de la grasa es la obtención de una imagen de únicamente el agua del
cuerpo.
Por ejemplo, si el objeto a representar está compuesto por hidrógenos de agua y grasa, una imagen
de desplazamiento químico sería una imagen de la señal de los hidrógenos del agua solamente.
Existen diversos métodos de adquisición de desplazamiento químico, dos de los cuales se exponen aquí,
el método de inversión-recuperación y el método de saturación. Aunque ambas secuencias se utilizan
generalmente para suprimir la señal de la grasa, también se pueden usar para suprimir la señal del agua.
La adquisición con supresión grasa también se denomina técnica de desplazamiento químico.
En el método de inversión-recuperación, se utiliza una secuencia de inversión-recuperación
y el tiempo TI se iguala al T1ln2, donde TT1
es el tiempo de relajación espín-red del componente que se desea
suprimir. Para la supresión grasa ese componente es la grasa, para la supresión del agua es el agua. Esta
técnica solo funciona cuando los valores de TT1 de los dos componentes son diferentes
En el método de saturación, se aplica un pulso de saturación a una frecuencia selectiva
antes de la secuencia estándar, por ejemplo una secuencia espín-eco. El pulso de saturación rota a cero
la magnetización del componente que deseamos suprimir. La secuencia estándar que se aplica a continuación
no detecta señal del componente que se ha suprimido. La siguiente animación muestra un diagrama temporal
para esta secuencia. .
El pulso de saturación consiste en un pulso a una frecuencia selectiva que voltea la magnetización Z de
un componente específico a cero
En el caso de una secuencia de saturación grasa, el componente químico es la grasa. Este pulso
es seguido por un gradiente de desfase que mantiene la magnetización transversal de este componente químico en cero
El pulso de saturación es seguido, en este ejemplo, por una secuencia espín-eco
Esta técnica funciona mejor cuando el T1 del tejido a suprimir es largo comparado
con el tiempo entre el pulso de saturación y la secuencia espín-eco.
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