Principios Básicos de IRM

Capítulo 9

COMPONENTES DEL EQUIPO DE RESONANCIA



Componentes del Equipo

Los equipos de IRM han evolucionado considerablemente desde que las primeras unidades comerciales fueran introducidas en la década de 1980. Este capítulo describe los componentes básicos de los actuales equipos y presenta algunos detalles de los equipos de primera generación

La ventana gráfica despliega una representación esquemática de los principales componentes de un equipo de imágenes por resonancia magnética y sus principales interconexiones. Este resumen define brevemente la función de cada componente. Algunos se describirán detalladamente más adelante en este capítulo

En la parte superior de la representación esquemática encontrarán los componentes del resonador que se sitúan dentro de la sala donde se realiza el examen. El magneto produce el campo Bo para el proceso de obtención de imágenes. Dentro del magneto, se encuentran las bobinas de gradiente que generan los gradientes de Bo en las direcciones X, Y y Z. Dentro de las bobinas de gradiente está la bobina de RF. La bobina de RF produce el campo magnético B1 necesario para que los espines roten 90º, 180º o cualquier otro valor seleccionado según la secuencia de pulsos. La bobina de RF también detecta la señal de los espines del cuerpo. El paciente es posicionado dentro de la abertura del magneto mediante una camilla controlada por computadora. La camilla tiene una precisión de posicionamiento de 1 mm. La sala de examen está cubierta por una protección contra la RF. Este blindaje evita que los pulsos de RF de alta potencia se irradien por todo el hospital. También evita que las diversas señales de RF, provenientes de estaciones de radio y televisión, sean detectadas por el resonador. Algunas salas de examen también están rodeadas de un blindaje magnético que evita que el campo magnético se extienda demasiado lejos. En los nuevos resonadores, la protección magnética es parte integral del magneto.

El corazón del equipo de resonancia es la computadora. Esta controla todos los componentes del sistema. Los componentes de RF que controla la computadora son la fuente de radio frecuencia y el programador del pulso. La fuente produce una onda senoidal de la frecuencia deseada. El programador del pulso modula los pulsos de RF en pulsos apodizados tipo sinc. El amplificador de RF aumenta la potencia de los pulsos de milivatios a kilovatios (kW). La computadora también controla el programador del pulso de gradiente que establece la forma y amplitud de cada uno de los tres gradientes de campo. El amplificador de gradiente aumenta la potencia de los pulsos de gradiente a niveles suficientes para operar las bobinas de gradiente.

El procesador de matrices, ubicado en algunos equipos de resonancia, es un dispositivo capaz de relazar una transformada bidimensional de Fourier en fracciones de segundo. La computadora delega la transformad a de Fourier a este dispositivo ultra rápido

El operador del equipo ingresa los datos a través de una consola de control. La secuencia para la obtención de la imagen se selecciona y modifica desde la consola. El operador puede ver las imágenes en un monitor de video ubicado en la consola, o realizar copias de las imágenes mediante una impresora fotográfica

Las siguientes tres secciones de este capítulo proporcionan más detalles sobre el magneto, las bobinas de gradiente, las bobinas de RF, y el detector de RF de un equipo de imágenes por resonancia magnética.

El magneto

El magneto del equipo es el componente más caro del sistema de imagen por resonancia magnética. La mayoría de los magnetos son del tipo superconductor. La siguiente es una foto de un magneto superconductor de 1.5 Tesla de primera generación, de un equipo de resonancia. Un magneto superconductor es un electroimán hecho con alambre superconductor. Un alambre superconductor tiene una resistencia aproximadamente igual a cero cuando se enfría a una temperatura cercana al cero absoluto (-273.15º C ó 0 K), mediante inmersión en helio líquido. Cuando se hace pasar una corriente por la bobina, la misma continuará circulando siempre que la bobina se mantenga a las temperaturas del helio líquido. Sin embargo, algunas pérdidas ocurren con el transcurso del tiempo debido a una resistencia infinitamente pequeña de la bobina. Estas pérdidas pueden ser del orden de una ppm del campo magnético principal por año).

La longitud del alambre superconductor en el magneto es generalmente de varios miles de metros. La bobina de alambre se mantiene a una temperatura de 4.2 K, mediante inmersión en helio líquido. La bobina y el helio líquido se ubican en un gran receptáculo que proporciona aislamiento térmico (recipiente Dewar). El Volumen característico de helio líquido en un magneto de IRM es de 1700 litros. En los primeros equipos, este receptáculo se encerraba en un recipiente Dewar con nitrógeno líquido (77.4 K) que actúa como buffer térmico entre la temperatura ambiente (293 K) y el helio líquido. Observe en la ventana de animación una vista transversal de una magneto superconductor de primera generación para la obtención de imágenes.

En los magnetos más recientes, el contenedor de nitrógeno líquido fue reemplazado por un recipiente enfriado mediante un líquido criogénico o refrigerante. Hay un sistema de refrigeración por fuera del magneto, con líneas de enfriamiento que conducen a un cabezal de refrigeración en el helio líquido. Este diseño elimina la necesidad de añadir nitrógeno líquido al magneto, y aumenta el tiempo de mantenimiento del helio líquido a 3 ó 4 años. La ventana de animación contiene una vista transversal de este tipo de magneto Los investigadores están trabajando actualmente sobre un magneto que no requiere helio líquido.

Otro avance de la tecnología de imanes lo constituye el magneto blindado. Este magneto tiene un campo de menor alcance. La potencia del campo cae a 0.5 mT a los cuatro metros de distancia del magneto. Esto es importante por razones de seguridad (que se discutirán más adelante en este capítulo) y facilita la ubicación del magneto. El blindaje se logra con un segundo juego de alambres superconductores, por fuera de los alambres principales y por donde circula corriente en sentido contrario, que reduce así el alcance del campo

Bobinas de Gradiente

Las bobinas de gradiente producen los gradientes en el campo magnético Bo. Son bobinas que funcionan a temperatura ambiente y, por su configuración, generan el gradiente deseado. Como la abertura central del imán superconductor es generalmente horizontal, el sistema de gradientes se describirá para esta configuración del magneto

Asumiendo el sistema de coordenadas estándar de un equipo de resonancia magnética, un gradiente de Bo en la dirección Z se logra con una bobina anti-Helmholtz. Por las dos bobinas circula corriente en direcciones opuestas, creando un gradiente de campo magnético entre ambas. El campo B de una bobina se suma al campo Bo, mientras el campo B en el centro de la otra bobina se resta del campo Bo.

Los gradientes X e Y del campo Bo se crean con un par de bobinas con otro diseño. Las bobinas del eje X crean una gradiente de Bo en la dirección de X debido a la dirección de la corriente que circula a través de las bobinas. En forma similar, las bobinas del eje Y proporcionan un gradiente de Bo a lo largo del eje Y

La tecnología de las bobinas de gradiente también ha evolucionado considerablemente desde la introducción de los equipos de primera generación. Los primeros sistemas tenían gradientes con una potencia máxima de 10 mT/m y poca velocidad de cambio. Los equipos modernos pueden alcanzar una potencia máxima de 100 mT/m y una mayor velocidad de cambio (en inglés slew rates) de 150 mT/ms. Estos valores permiten que el sistema pueda obtener cortes de 0.7 mm de espesor para adquisiciones 2D y de 0.1 en 3D Bobinas de RF.

RF Coils

Las bobinas de RF producen el campo B1 que rota la magnetización neta en una secuencia de pulsos. También detectan la magnetización transversal mientras precesa en el plano XY. Las bobinas de RF pueden ser dividas en tres categorías generales; 1) bobinas de transmisión y recepción, 2) bobinas de recepción, únicamente, y 3) bobinas de transmisión únicamente. Las bobinas de transmisión y recepción funcionan como transmisores de los campos B1 y receptores de la energía de RF del objeto estudiado. La bobina de transmisión se utiliza para crear el campo B1 y, conjuntamente, se utiliza una bobina de recepción para detectar o recibir la señal de los espines del objeto estudiado. Existen diversas variedades de bobinas. La bobina de RF de un equipo puede compararse a los lentes de una cámara. Un fotógrafo usará un lente para una toma cercana y otro para una toma más amplia a mayor distancia. Así como un buen fotógrafo tiene varios lentes, un buen equipo debe contar con varias bobinas para manejar la variedad de situaciones que pueden surgir en la producción de imágenes.

Una bobina debe resonar, o almacenar energía de forma eficiente, a la frecuencia de Larmor. Todas las bobinas de un equipo de resonancia están compuestas de un inductor, o elementos inductivos, y un conjunto de elementos capacitivos. La frecuencia de resonancia, ?, de una bobina de RF está determinada por la inductancia (L) y la capacitancia (C) del circuito de inductores y capacitores

Algunos tipos de bobina para equipos de resonancia necesitan ser adaptadas a cada paciente, haciendo variar un capacitor variable. El otro requerimiento de la bobina de un equipo de resonancia es que el campo B1 debe ser perpendicular al campo magnético Bo.

Existen muchos tipos de bobinas para los equipos de resonancia. Las bobinas de volumen rodean al objeto a representar mientras que las bobinas de superficie se colocan encima del objeto a representar. Las bobinas internas se diseñan para obtener información de regiones externas a la bobina, como la bobina tipo catéter que se inserta en un vaso sanguíneo. Algunas bobinas se diseñan solo para recibir la señal de RF. Cuando se utiliza una bobina receptora, se debe usar una bobina más grande para transmitir la energía de RF que produzca los pulsos de 90º o 180º. El siguiente cuadro enumera algunas de las bobinas más utilizadas en los equipos de resonancia, con la clasificación de su tipo, forma de operar (transmisión/recepción: TR, o solo recepción:R), un diagrama y literatura de referencia. El diagrama muestra la dirección del campo B1.

Bobinas de RF para equipos de Resonancia Magnética
Nombre de la bobinaTipoModoDiagramaReferencia
Alderman-Grant CoilVolumenT/R
Bird CageVolumen T/R
Butterfly CoilSurfaceR
Dome ResonatorSurfaceT/R See Ref.
GradiometerSurfaceT/R
ImplantableInternalT/R See Ref.
Inside Out
(Schlumberger Coil)
Internal/SurfaceT/R See Ref.
Intravascular CoilInternalR See Ref.
LadderSurfaceT/R
LitzVolumenT/R
Loop-Gap Resonator Volumen R See Ref.
Loop-StickSurfaceT/R See Ref.
MeanderlineSurfaceR
Mouse CoilSurfaceR
Multi-Turn Solenoid Volumen T/R
Phased ArraySurfaceR ,
Phased Array VolumenVolumenR
RibbonatorVolumenT/R
Saddle CoilVolumenT/R
Scroll Coil Volumen T/R See Ref.
Single Turn Solenoid Volumen T/R
Surface CoilSurfaceR
Spiral CoilSurfaceR
Superconducting CoilSurfaceR See Ref.
Transmission Line (TEM)
(Slotted Tube)
InternalT/R
Truncated SpiralSurfaceR
3-Axis Volumen T/R

Las bobinas de superficie son muy populares porque son bobinas de recepción únicamente y tienen una buena relación señal/ruido para los tejidos adyacentes a la bobina. En general, la sensibilidad de una bobina de superficie disminuye considerablemente al aumentar la distancia a la bobina. Aquí hay un ejemplo de una imagen de la columna lumbar obtenida con una bobina de superficie

Aquí hay fotografía de una bobina de superficie circular con su cable conector. El cable conecta la bobina al equipo de resonancia. Esta es una fotografía de una bobina de superficie que se adapta a la parte posterior de la rodilla.

La bobina tipo jaula es la bobina de volumen de uso más común. Es la bobina de elección para la obtención de imágenes de cabeza y cerebro. Aquí hay una fotografía de una cabeza en una bobina tipo jaula Todas las imágenes de cabeza incluidas en este texto se obtuvieron con una bobina tipo jaula.

El solenoide de única espira es útil para obtener imágenes de extremidades, como las mamas o la muñeca. La ventana de animación muestra una bobina solenoide de única espira rodeando una muñeca. El icono de detalle le proporcionará más información sobre la construcción de un solenoide de única espira.

Detector de RF

Los detectores de RF de los equipos de IRM han evolucionado considerablemente desde la década de 1980. Inicialmente, se utilizaban detectores analógicos lineales y digitalizadores de un solo canal. Estos se reemplazaron por detectores analógicos de cuadratura con digitalizadores de doble canal. Recientemente, con la disponibilidad de digitalizadores veloces, es más común el uso de digitalizadores de un solo canal y un detector digital de cuadratura.

Los detectores analógicos lineales producen una única señal en función del tiempo (S(t)), en base a la magnetización Mx' ó Mx'. La señal es luego digitalizada. La detección lineal requiere que la velocidad de digitalización de la señal sea al menos dos veces mayor que la frecuencia más rápida de la señal. El factor de dos se debe a que la mitad de la señal se descarta para diferenciar entre las frecuencias positivas y negativas en la señal. Se recomienda al lector que relea el capítulo sobre Transformada de Fourier para verificar este enunciado.

Los detectores analógicos de cuadratura separan las señales Mx'' y My' provenientes de la bobina de RF. Por esta razón, se puede considerar como un conversor del sistema de referencia de laboratorio al sistema de referencia giratorio. Ambas señales Mx' y My' son digitalizadas produciendo una señal compleja en función del tiempo. Por esta razón, la velocidad de digitalización solo requiere ser igual a la frecuencia más rápida de la señal. Nuevamente, se recomienda al lector revisar el capítulo sobre Transformada de Fourier para verificar este enunciado.

El corazón de un detector analógico lineal o de cuadratura es un dispositivo denominado mezclador doble balanceado (DBM). El mezclador doble balanceado tiene dos entradas y una salida. Si las señales de entrada son Cos(A) y Cos(B), la salida será 1/2 Cos(A+B) y 1/2 Cos(A-B). Por esta razón, el dispositivo se llama con frecuencia detector de producto ya que la salida es el producto de Cos(A) por Cos(B). .

El detector analógico lineal está compuesto por un DBM, un filtro y un amplificador. La frecuencia de referencia es νo,, la frecuencia de resonancia en el isocentro. Ingresan las frecuencias ν and νo, y sale la componente MX o MY de la magnetización transversal.

El detector de cuadratura comúnmente contiene dos mezcladores dobles balanceados, dos filtros, dos amplificadores, y un corrector de fase de 90º. Existen dos entradas y dos salidas en el dispositivo. Ingresan las frecuencias ν and νo, y se obtienen las componentes MX o MY de la magnetización transversal. Algunos problemas potenciales pueden ocurrir con este dispositivo y provocar artefactos en la imagen. Nos ocuparemos de ellos en el capítulo sobre Artefactos de la Imagen, .

Es muy común encontrar el siguiente esquema de detección en los detectores modernos. Las señales de RF a la frecuencia ν de la bobina de RF son mezcladas con (νo + νo') para producir una frecuencia intermedia νi utilizando un DBM. Esta frecuencia es digitalizada o sobremuestreada utilizando un digitalizador de alta velocidad. Una vez digitalizada, se generan las señales del esquema giratorio (Mx'(t) and My'(t)) utilizando un detector digital de cuadratura y un filtro digital. Esto lo realiza íntegramente un programa de computación, utilizando las ecuaciones para un detector de producto.

Cos(2π νi t) Cos(2π νo' t) = 1/2 Cos(2π νi t - 2π νo' t) + 1/2 Cos(2π νi' t + 2π νo' t)

Sin(2π νi t) Cos(2π νo' t) = 1/2 Sin(2π νi t + 2π νo' t) + 1/2 Sin(2π νi' t - 2π νo' t)

y un filtro digital en el dominio del tiempo con la forma de una función sinc en el domino del tiempo. El uso de un detector digital de cuadratura descarta la posibilidad del artefacto de cuadratura, que se discutirá en el Capítulo sobre Artefactos.

La frecuencia intermedia y de la digitalización es generalmente de 1 MHz, lo cual produce un sobremuestreo y genera demasiados datos para almacenar convenientemente. El filtrado digital elimina los componentes de alta frecuencia de los datos, y la decimación reduce el tamaño del grupo de datos. El siguiente esquema resume los efectos de los tres pasos, mostrando el resultado de realizar una TF después de cada paso

Una evaluación más detallada del sobremuestro, el filtrado digital, y la decimación puede explicar como la combinación de estos pasos puede reducir el problema del enrollamiento

Sobremuestreo
El sobremuestreo es la digitalización de una señal en el dominio del tiempo a una frecuencia mucho mayor que la necesaria para obtener el campo de visión deseado. Por ejemplo, si la frecuencia de muestreo, fm, se incrementa en un factor de 10, el campo de visión será 10 veces mayor, eliminando así el enrollamiento. Desafortunadamente, la digitalización a una velocidad 10 veces mayor también aumenta la cantidad de datos crudos en un factor de 10, incrementando así los requerimientos de almacenamiento y el tiempo de procesamiento .

Filtrado Digital
El filtrado es la eliminación de una banda particular de frecuencias de una señal. Para un ejemplo de filtrado, considere la siguiente señal en el dominio de la frecuencia. Las frecuencias superiores a fo se pueden eliminar del domino de frecuencias, multiplicando la señal por una función rectangular. En IRM, este paso equivale a obtener una imagen con un FOV grande y después llevar a cero la intensidad de aquellos píxeles que se encuentran a cierta distancia del isocentro.

El filtrado digital es la remoción de estas frecuencias utilizando la señal en el dominio temporal. Recuerde del capítulo sobre Transformada de Fourier que si dos funciones se multiplican en un dominio (p.ej. de la frecuencia), las TFs de las dos funciones se deben convolucionar en el otro dominio (el temporal). Para filtrar las frecuencias superiores a fo de la señal en el dominio temporal, esta se debe convolucionar con la TF de la función rectangular, una función tipo sinc. (Ver el capítulo sobre Transformada de Fourier.) Este proceso elimina las frecuencias mayores a fo de la señal en el dominio temporal. Aplicando la TF a la señal resultante en el dominio temporal, se obtiene una señal en el dominio de la frecuencia sin las frecuencias más altas. En IRM, este paso elimina las componentes que se encuentran a fo / 2 γ Gf del centro de la imagen..

Decimación
La decimación es la eliminación de ciertos datos de un conjunto de datos. Una tasa de decimación de 4/5 significa que 4 de cada 5 datos son eliminados, o que el quinto dato se almacena. La decimación de los anteriores datos, sometidos a filtrado digital y luego a una transformada de Fourier, reducirán el conjunto de datos en un factor de cinco .

Para la realización de este proceso, se utilizan digitalizadores de alta velocidad, capaces de digitalizar a una velocidad de 2 MHz, y circuitos integrados de alta velocidad capaces de realizar la convolución en el dominio temporal de los datos mientras se obtienen los mismos.

Seguridad

Con frecuencia me preguntan cuán segura es la IRM. Como en toda tecnología, existen riesgos y beneficios. Aquellas tecnologías de uso muy difundido generalmente tienen un elevado índice de beneficio versus riesgo, mientras que aquellas con un escaso beneficio frente al riesgo, se usan más moderadamente. Aunque la IRM no utiliza radiación ionizante para la producción de imágenes, existen ciertas consideraciones importantes en cuanto a la seguridad con las que hay que familiarizarse. Estas están relacionadas al uso de un potente campo magnético, energía de radiofrecuencia, campos magnéticos variables, líquidos criogénicos y gradientes de campo magnético. .

En 1982, la FDA de EE.UU. estableció pautas para la realización de estudios de IRM que contemplan el campo Bo máximo, las variaciones del campo magnético respecto del tiempo (dB/dt), la absorción de la energía de radiofrecuencia, y los niveles de ruido acústico. Las mismas se resumen en la ventana de animación En 1997, la FDA modificó dichas pautas debido a la creciente acumulación de datos sobre IRM. Los límites fueron modificados nuevamente en el 2003 y se resumen en el siguiente cuadro

USA FDA MRI Guidelines (2003)
BoAdultos, Chicos, y Bebes > 1 month 8 T
neonatos (Bebes menores < 1 mes)4 T
dB/dtSin discomfor, dolor, o estimulación nerviosa
SARcuerpo, promedio, mas >15 min4 W/Kg
cabeza, promedio, mas >10 min 3 W/Kg
cabeza o torso, por gr de tejido, en >5 min 8 W/Kg
extremidades, por gr de tejido, en >5 min12 W/Kg
Nivel
Acustico
Pico140 dB
A-weighted rms con protección99 dBA

El personal de IRM olvida a veces los peligros asociados con los objetos ferromagnéticos cercanos al imán del equipo de IRM. Los campos magnéticos en el centro de los grandes magnetos pueden, literalmente, levantar y arrastrar grandes objetos ferromagnéticos dentro de la abertura central del magneto. Se deben mantener TODOS los elementos ferromagnéticos lejos del imán por dos razones principales. La primera es que pueden lastimar o matar a un individuo que se encuentre en el magneto. La segunda razón es que pueden causar daños severos al imán y las bobinas. La fuerza ejercida sobre un gran objeto metálico, como un cubo de limpieza, puede dañar al receptáculo concéntrico criogénico (dewars) del equipo. La energía cinética de tal objeto al ser succionado por el imán puede destruir una bobina de RF.

DA pesar de las diversas advertencias emitidas por los fabricantes, las sociedades de profesionales, y el gobierno, he escuchado numerosas historias sobre objetos ferromagnéticos arrastrados hacia el magneto del equipo. La más común es parecida a esta historia. Un balde metálico con ruedas, lleno de agua y con un trapeador adentro, se colocó aproximadamente a 3 metros del centro de un imán de 1.5 T. El imán lo arrastró por el piso y lo levantó a casi 1 metro del suelo hasta el magneto. El recipiente causó daños severos al imán ya que aumentó el punto de ebullición criogénico y disminuyó la homogeneidad del campo magnético. La bobina de cabeza situada en la abertura central del imán fue destruida.

La historia más trágica fue la muerte de un niño de seis años en un equipo de IRM. Esta historia debería servir como ejemplo y recordatorio de la responsabilidad del personal y los administradores del equipo de IRM en cuanto a la seguridad de la instalación. En julio 2001, un niño resultó herido en un equipo de IRM y murió más tarde cuando un tanque de oxígeno ferromagnético fue ingresado a la sala del resonador y arrastrado hacia el magneto donde se estaba estudiando al niño.

Otra terrible historia fue la de un oficial de justicia, a quien se le permitió acercarse al magneto con un arma cargada. El arma fue arrastrada desde su funda hacia el magneto. Debido a la fuerza del impacto con el imán, el arma se disparó. Felizmente, nadie salió herido del incidente. Además del daño al equipo de IRM y de la bala alojada en la pared de la sala de estudio, el arma se magnetizó. Los objetos mecánicos, en general, no funcionan apropiadamente cuando se magnetizan. Por favor, respeten las leyes físicas de la naturaleza que dictan que los objetos ferromagnéticos sean atraídos por los imanes.

Fuerzas similares actúan sobre los implantes o elementos extraños de metal ferromagnético en las personas sometidas a un estudio. Estas fuerzas pueden atraer fuertemente estos objetos, cortando y comprimiendo el tejido sano. Por estas razones, no se deben estudiar individuos con cuerpos metálicos extraños como esquirlas o implantes ferromagnéticos antiguos. Existen advertencias adicionales con relación al efecto de los campos magnéticos sobre los circuitos electrónicos, especialmente los marcapasos. Un individuo con un marcapaso que camina por un potente campo magnético puede inducir corrientes en el circuito del marcapaso que provocarán desperfectos y, posiblemente, la muerte. Los campos magnéticos también borran las tarjetas de crédito y los dispositivos de almacenamiento magnético.

Las pautas sobre seguridad de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) establecen que no se pueden utilizar campos superiores a 2.0 Tesla en estudios de rutina. Las personas con marcapasos no deben ser expuestas a campos magnéticos mayores de 5 Gauss. Un campo magnético de 50 Gauss borra los dispositivos de almacenamiento magnético.

La energía de radiofrecuencia de una secuencia de resonancia puede provocar el calentamiento de los tejidos del cuerpo. La FDA recomienda limitar la exposición a la energía de RF. La tasa de absorción de energía (SAR) es la medida limitante.

SAR = Joules de RF / Segundo / kg de peso corporal = Watts/kg

Las limitaciones recomendadas de la SAR dependen de la anatomía a ser estudiada. La SAR para cuerpo completo debe ser menor a 4 W/kg. Debe ser menor a 3.2 W/kg para la cabeza. Ninguna secuencia puede elevar la temperatura en más de 1º Celsius y no más de 38º C en la cabeza, 39º C en el tronco, y 40º en las extremidades

Algunas bobinas de RF, como las bobinas de superficie, pueden funcionar con desperfectos y causar quemaduras al paciente. La ventana de animación contiene una foto de una quemadura por RF en el codo de un individuo. El brazo del paciente se encontraba en contacto con la bobina de body que operaba en modo transmisión, con una bobina de superficie como receptor. Un mal funcionamiento de la bobina de body causó una quemadura por RF de tercer grado. La quemadura primero pareció una simple ampolla que empeoró progresivamente hasta una carbonización que debió ser extirpada quirúrgicamente. El cirujano extirpó un volumen de aproximadamente 3 cm de diámetro y 2.5 cm de profundidad. Por lo tanto, si usted esta operando un equipo de resonancia y su paciente o voluntario refiere una sensación de quemazón, detenga el estudio. Además, se deben mantener las bobinas de RF en correctas condiciones de funcionamiento.

Las recomendaciones de la FDA en cuanto a la variación de campo magnético establecen que la dB/dt del sistema debe ser menor que la requerida para producir estimulación nerviosa periférica.

Los gradientes producen un alto nivel de ruido acústico. La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional estadounidense (OSHA, por sus siglas en inglés) limita el pico de ruido acústico a 200 pascales o 140 dB tomando como unidad referencia 20 micropascal. Aquí hay algunos ejemplos de los ruidos producidos por el encendido y apagado de los gradientes de campo magnético en varias secuencias de imágenes

Secuencia TR (ms)TE (ms)CortesSonido
Spin-Echo 500 35 1
200 1
15 10
Echo-Planar 120 54 10
Gradient Echo 16.7 4 19

Todo sala de IRM con un magneto superconductor debe tener un monitor de oxígeno. Estos dispositivos miden el porcentaje de O2 en el aire y hacen sonar una alarma cuando el nivel cae por debajo de cierto umbral. Estos dispositivos son necesarios porque una fuga del sistema de ventilación que regula el punto de ebullición criogénico puede crear una situación donde el exceso de N2 o He en el aire de la sala haga disminuir el porcentaje de O2 a niveles peligrosos..

Fantomas

Un fantoma de IRM es un objeto antropogénico del cual se puede obtener una imagen para evaluar el funcionamiento del equipo de resonancia magnética. Se utilizan fantomas en vez de un modelo humano porque es mucho más fácil ubicar un fantoma en todos los equipos de IRM del mundo que enviar un modelo humano de sitio en sito para su evaluación. Los fantomas están compuestos de materiales que pueden producir una señal de resonancia magnética. Se han utilizado muchos materiales que pueden emitir señal en los fantomas de IRM Algunos son soluciones acuosas paramagnéticas; geles de gelatina, agar, alcohol polivinílico, silicona, poliacrilamida o agarosa; geles dopados con moléculas orgánicas; geles dopados con partículas paramagnéticas; y soluciones micelares inversas

El agua se usa frecuentemente como la sustancia que emite la señal en el fantoma de IRM. En general, se ajustan los tiempos de relajación espín-red (T1)) y espín-espín (T2)) de las soluciones acuosas para que se puedan obtener las imágenes en períodos de tiempos razonables (es decir, TR cortos). Habitualmente se utilizan iones metálicos paramagnéticos para ajustar los tiempos de relajación de los hidrógenos del agua. A continuación se enumeran los valores aproximados de TT1) y TT2) de soluciones acuosas de varias especies paramagnéticas a 1.5 T

Solución Acuosa de Níquel
T1(s) = 1/(632 [Ni (mole/L)] +0.337)
T2(s) = 1/(691 [Ni (mole/L)] + 1.133)
Gel, Níquel 10%
T1(s) = 1/(732 [Ni (mole/L)] +0.817)
T2(s) = 1/(892 [Ni (mole/L)] + 4.635)
Solución Acuosa de Oxígeno
T1(s) = 1/(0.013465 [O2 (mg/L)] + 0.232357)
Solución Acuosa de Manganeso
T1(s) = 1/(5722 [Mn (mole/L)] +0.0846)
T2(s) = 1/(60386 [Mn (mole/L)] + 3.644)
Solución Acuosa de Cobre
T1(s) = 1/(606 [Cu (mole/L)] +0.349)
T2(s) = 1/(850 [Cu (mole/L)] + 0.0357)

Hay cuatro tipos básicos de fantomas en IRM que evalúan: resolución, linealidad, homogeneidad y señal. El último se usa para verificar la señal o alguna propiedad medible de la señal resultante de alguna secuencia específica. Ejemplos de este tipo son el fantoma T1 y el fantoma de coeficiente de difusión. Los fantomas de homogeneidad se pueden usar para medir la homogeneidad de Bo y de la RF. Los fantomas de resolución, linealidad y homogeneidad pueden ser utilizados para medir la homogeneidad de Bo, pero de forma diferente que con el fantoma de homogeneidad. Los siguientes párrafos describan estas diferencias en más detalle.

Fantomas de Resolución y Linealidad
El fantoma de resolución y linealidad se puede usar para evaluar diversas propiedades espaciales de un equipo de imágenes. Las propiedades espaciales incluyen la resolución, el espesor del corte, la linealidad y la relación señal/ruido en función de la posición. Los fantomas de resolución están generalmente hechos de plástico. Ciertas porciones del fantoma son removibles para crear patrones de evaluación. El fantoma se llena con una solución acuosa. La imagen que se obtiene corresponde a la señal del agua que ocupa las porciones removibles de plástico. Algunos fantomas de resolución también contienen patrones con valores conocidos de T1, T2 y densidad protónica para evaluar la relación contraste/ruido.

Aquí hay un ejemplo de un fantoma de resolución. Una imagen axial de este fantoma con un FOV de 24 cm presenta las siguientes características. La serie de cuadrados de idéntico tamaño se utiliza para verificar la linealidad. La resolución se determina mediante un grupo de barras delgadas que producen una señal. Tres patrones contienen un líquido con valores conocidos de T1, T2 y densidad protónica. El espesor de corte (Thk) se mide con una cuña recortada en el plástico. El ancho de la imagen de esta cuña aumenta a medida que el espesor de corte aumenta. Los siguientes diagramas de la imagen del fantoma obtenido con un espesor de corte fino , y grueso lo ayudarán a ver como esta forma permite medir el espesor de corte. Aquí hay imágenes del fantoma de resolución obtenido con espesores de corte de 3 , 5 , y 10 mm slice thickness. Observe el cambio en el ancho de corte.

Un problema con el anterior fantoma de resolución es que no permite evaluar la resolución de todo el volumen sin reposicionar al mismo. El siguiente fantoma de resolución permite determinar la linealidad de un volumen de 10 por 10 por 10 cm, y la resolución en múltiples puntos a lo largo y ancho del volumen. Este contiene tres juegos de tubos paralelos, ortogonales entre sí. Dependiendo del espesor de corte, la imagen obtenida en cualquier plano da por resultado una matriz de puntos, o puntos y líneas La linealidad a lo largo del campo de visión se puede determinar a partir de la rectitud de las líneas o la linealidad de los puntos. La resolución se puede determinar a partir del tamaño de los puntos o del ancho de las líneas

Fantomas de Homogeneidad
Los fantomas de homogeneidad se utilizan para evaluar la uniformidad espacial del campo magnético estático, y también de los campos magnéticos de radiofrecuencia que se transmiten y reciben. Primero nos concentraremos en su uso para monitorear la homogeneidad del campo magnético Bo

El ancho de la banda de frecuencias de RMN (Γ) de un único conjunto de espines es

Γ = (π T2)-1.

porque, por definición, se aplica un campo magnético uniforme. A medida que aumenta el volumen de material que emite señal, el ancho se transforma en

Γ = (π T2*)-1.

porque el campo magnético varía de una ubicación a otra. Cuanto menor es esta variación, menor es la distorsión en la imagen. Un espectrómetro por RMN de alta resolución puede tener un ancho de banda de 0.5 Hz para un tubo de muestra de 5 mm. En un equipo de imágenes para uso clínico, la variación de Bo para un fantoma esférico de 27 cm de diámetro, relleno con agua, genera un ancho de banda de 30 a 40 Hz. Esto se debe a que existe una amplia distribución de frecuencias de resonancia entre los espines de la muestra. El ancho de la línea de absorción para un fantoma de gran volumen es, por lo tanto, una medida de la distribución de los valores de campo magnético a lo largo y ancho del volumen del fantoma.

Los fantomas de homogeneidad también se usan para evaluar la uniformidad espacial de los campos magnéticos de radiofrecuencia transmitidos y recibidos. El campo de RF transmitido (B1T) es el campo B1 que se utiliza para rotar la magnetización. El campo de RF recibido (B1R) representa la sensibilidad de la bobina de RF a las señales de los espines que están precesando. La situación ideal para las bobinas de transmisión/recepción es un B1T espacialmente uniforme para asegurar una rotación uniforme de los espines, y un B1R espacialmente uniforme para asegurar una sensibilidad uniforme a lo largo y ancho del objeto evaluado. Aquí hay una foto de un fantoma de homogeneidad de 27 cm de diámetro También se puede usar una serie de esferas para medir la homogeneidad para un volumen mayor. Aquí hay un fantoma de homogeneidad en serie que se puede utilizar para medir la homogeneidad del campo B1R de una bobina de superficie usada para obtener imágenes de la columna.

El desafío en la construcción de un fantoma de homogeneidad consiste en rellenarlo con un material que tenga una constante dieléctrica pequeña, para minimizar los artefactos de onda estacionaria, y una resistividad moderada para no generar artefactos por conductividad. El artefacto de onda estacionaria se observa cuando la longitud de la onda de RF en el fantoma es aproximadamente el doble del diámetro del fantoma. La RF refleja el borde aire/fantoma causando una onda estacionaria. El artefacto por conductividad se observa cuando la conductividad del fantoma es alta y hace que la RF se concentre sobre la superficie del fantoma.

Se deben utilizar varias imágenes de un fantoma de homogeneidad para calcular B1T y B1R. Presione el icono de detalle para recibir más información sobre estos cálculos.

Fantomas de Difusión
Los fantomas para difusión se usan para evaluar el funcionamiento de una secuencia de difusión. Algunos consisten en viales de líquidos con diferentes coeficientes de difusión

Como una solución es isotrópica, el fantoma presentará el mismo coeficiente de difusión en x, y, z. Los fantomas de difusión geométrica se basan en geometrías especiales para crear difusión anisotrópica. Por ejemplo, un grupo de tubos paralelos tendrán difusión no restringida a lo largo del eje del tubo, y difusión restringida a lo ancho del diámetro del tubo. Un grupo de placas paralelas tendrán difusión no restringida paralela a las placas, y difusión restringida perpendicular a las placas. Existe un fantoma de difusión que contiene fibras hidratadas paralelas

Fantomas de Saturación Grasa
Fantomas de Saturación Grasa Los fantomas para saturación grasa contienen líquidos con dos desplazamientos químicos, uno para el agua y otro para la grasa. Estos contienen generalmente emulsiones de aceite y agua. Como la grasa corporal tiene múltiples picos, los mejores fantomas de saturación grasa contienen aceites con múltiples picos similares a la grasa corporal. .

Fantomas de T1 y T2
Los fantomas para T1 y T2 contienen líquidos con valores específicos de T1 y T2. Estos líquidos son generalmente soluciones que contienen materiales paramagnéticos.


Problemas

  1. Una bobina tiene una frecuencia de resonancia de 63.85 MHz. Se observa que tiene un capacitor de 50 picofaradays. ¿Qué tamaño tiene el inductor en unidades de Henrys?

  2. Las dos bobinas anti-Helmholtz de una bobina de gradiente en Z están separadas 1 metro. Si cada bobina produce un campo magnético de 50 Gauss en su centro, ¿cuál es la magnitud del gradiente?

  3. Will the following pulse sequence adhere to the3. Verifique si la siguiente secuencia de pulsos cumple con las recomendaciones de la FDA (EE.UU.) sobre SAR para la cabeza
    Secuencia = multi-corte, espín-eco
    TR = 500 ms
    TE = 25 ms
    Grosor = 5 mm
    Número de cortes = 10
    Energía por pulso de 90o = 5 J
    Ancho del pulso de 90o = 50 µs
    Tiempo de adquisición = 10 ms
    Peso del paciente = 72 kg

  4. El detector de cuadratura de su equipo tiene una señal de referencia de 63.85 MHz que ingresa a uno de los canales. El canal de señal tiene una señal de 63.86 MHz que ingresa en el mismo ¿Que frecuencia o frecuencias saldrá/n del detector?

  5. Cuál es la frecuencia de resonancia de una bobina que tiene un inductor de 1x10-7 Henry y un capacitor de 100 picofaradays? ¿Cómo se puede diseñar esta bobina para que resuene a 63.85 MHz?

  6. Las dos bobinas anti-Helmholtz de una bobina de gradiente en Z están separadas 120 cm. Si esta configuración de bobinas permite producir un gradiente de campo magnético de 2 G/cm, ¿cuál es la magnitud del campo magnético en el centro de cada bobina?

  7. Verifique si la siguiente secuencia de pulsos cumple con las pautas de la FDA (EE.UU.) sobre SAR para la cabeza
    Secuencia = multicorte, espín eco
    TR = 600 ms
    TE = 25 ms
    Grosor = 3 mm
    Número de cortes = 17
    Energía por pulso de 90o = 10 J
    Ancho del pulso de 90o = 50 µs
    Tiempo de adquisición = 10 ms
    Peso del paciente = 80 kg

  8. El detector de cuadratura de su equipo tiene una señal de referencia de 63.85 MHz que ingresa a uno de los canales. El canal de señal tiene una señal de 63.84 MHz que ingresa en el mismo ¿Que frecuencia o frecuencias saldrá/n del detector?


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