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Imágenes por resonancia magnética

La resonancia magnética ( RM ) es una técnica de obtención de imágenes médicas que se utiliza en radiología para formar imágenes de la anatomía y los procesos fisiológicos dentro del cuerpo. Los escáneres de RM utilizan campos magnéticos fuertes , gradientes de campo magnético y ondas de radio para generar imágenes de los órganos del cuerpo. La RM no implica rayos X ni el uso de radiación ionizante , lo que la distingue de la tomografía computarizada (TC) y la tomografía por emisión de positrones (PET). La RM es una aplicación médica de la resonancia magnética nuclear (RMN) que también se puede utilizar para obtener imágenes en otras aplicaciones de RMN , como la espectroscopia de RMN . [1]

La resonancia magnética se utiliza ampliamente en hospitales y clínicas para el diagnóstico médico , la estadificación y el seguimiento de enfermedades. En comparación con la TC, la resonancia magnética proporciona un mejor contraste en las imágenes de tejidos blandos, por ejemplo, en el cerebro o el abdomen. Sin embargo, los pacientes pueden percibirla como menos cómoda, debido a que las mediciones suelen ser más largas y ruidosas con el sujeto dentro de un tubo largo y confinado, aunque los diseños de resonancia magnética "abiertos" generalmente alivian este problema. Además, los implantes y otros metales no removibles en el cuerpo pueden representar un riesgo y pueden excluir a algunos pacientes de someterse a un examen de resonancia magnética de manera segura.

La resonancia magnética se llamó originalmente NMRI (resonancia magnética nuclear), pero se eliminó el término "nuclear" para evitar asociaciones negativas . [2] Ciertos núcleos atómicos pueden absorber energía de radiofrecuencia (RF) cuando se colocan en un campo magnético externo ; la polarización de espín en evolución resultante puede inducir una señal de RF en una bobina de radiofrecuencia y, por lo tanto, detectarse. [3] En otras palabras, el espín magnético nuclear de los protones en los núcleos de hidrógeno resuena con las ondas incidentes de RF y emite radiación coherente con dirección, energía (frecuencia) y fase compactas. Esta radiación amplificada coherente se detecta fácilmente mediante antenas de RF cercanas al sujeto que se examina. Es un proceso similar a los máseres . En la resonancia magnética clínica y de investigación, los átomos de hidrógeno se utilizan con mayor frecuencia para generar una radiación polarizada macroscópica que es detectada por las antenas. [3] Los átomos de hidrógeno son naturalmente abundantes en los humanos y otros organismos biológicos, particularmente en el agua y la grasa . Por esta razón, la mayoría de las exploraciones de resonancia magnética esencialmente mapean la ubicación del agua y la grasa en el cuerpo. Los pulsos de ondas de radio excitan la transición de energía del espín nuclear y los gradientes del campo magnético localizan la polarización en el espacio. Al variar los parámetros de la secuencia de pulsos , se pueden generar diferentes contrastes entre los tejidos en función de las propiedades de relajación de los átomos de hidrógeno que se encuentran en ellos.

Desde su desarrollo en los años 1970 y 1980, la resonancia magnética ha demostrado ser una técnica de obtención de imágenes versátil. Si bien la resonancia magnética se utiliza principalmente en la medicina diagnóstica y la investigación biomédica, también puede utilizarse para formar imágenes de objetos no vivos, como momias . La resonancia magnética de difusión y la resonancia magnética funcional amplían la utilidad de la resonancia magnética para capturar los tractos neuronales y el flujo sanguíneo respectivamente en el sistema nervioso, además de imágenes espaciales detalladas. El aumento sostenido de la demanda de resonancia magnética dentro de los sistemas de salud ha generado inquietudes sobre la relación coste-eficacia y el sobrediagnóstico . [4] [5] [ dudoso – discutir ]

Mecanismo

Construcción y física

Esquema de un escáner de RM superconductor cilíndrico. Arriba: sección transversal del cilindro con bobina primaria, bobinas de gradiente y bobinas de transmisión de RF. Abajo: sección longitudinal del cilindro y la mesa, que muestra las mismas bobinas y la bobina de recepción de RF.

En la mayoría de las aplicaciones médicas, los núcleos de hidrógeno , que consisten únicamente en un protón , que se encuentran en los tejidos crean una señal que se procesa para formar una imagen del cuerpo en términos de la densidad de esos núcleos en una región específica. Dado que los protones se ven afectados por los campos de otros átomos a los que están unidos, es posible separar las respuestas del hidrógeno en compuestos específicos. Para realizar un estudio, la persona se coloca dentro de un escáner de resonancia magnética que forma un fuerte campo magnético alrededor del área que se va a fotografiar. Primero, se aplica temporalmente al paciente energía de un campo magnético oscilante a la frecuencia de resonancia adecuada . El escaneo con bobinas de gradiente X e Y hace que una región seleccionada del paciente experimente el campo magnético exacto requerido para que se absorba la energía. Los átomos se excitan con un pulso de RF y la señal resultante se mide mediante una bobina receptora . La señal de RF se puede procesar para deducir información de posición al observar los cambios en el nivel y la fase de RF causados ​​por la variación del campo magnético local utilizando bobinas de gradiente . Como estas bobinas se conmutan rápidamente durante la excitación y la respuesta para realizar un escaneo de línea móvil, crean el ruido repetitivo característico de una resonancia magnética a medida que los devanados se mueven ligeramente debido a la magnetostricción . El contraste entre los diferentes tejidos está determinado por la velocidad a la que los átomos excitados vuelven al estado de equilibrio . Se pueden administrar agentes de contraste exógenos a la persona para que la imagen sea más clara. [6]

Los componentes principales de un escáner de resonancia magnética son el imán principal , que polariza la muestra, las bobinas de compensación para corregir los cambios en la homogeneidad del campo magnético principal, el sistema de gradiente que se utiliza para localizar la región que se va a escanear y el sistema de radiofrecuencia, que excita la muestra y detecta la señal de RMN resultante. Todo el sistema está controlado por una o más computadoras.

Una unidad móvil de resonancia magnética visita el centro de salud Glebefields, Tipton , Inglaterra
Grabación de audio
Un breve extracto de una sesión de escaneo de 20 minutos, grabada fuera de la unidad mencionada anteriormente.
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La resonancia magnética requiere un campo magnético que sea fuerte y uniforme a unas pocas partes por millón en todo el volumen de exploración. La intensidad del campo magnético se mide en teslas y, aunque la mayoría de los sistemas funcionan a 1,5 T, hay sistemas comerciales disponibles entre 0,2 y 7 T. Los sistemas de resonancia magnética de 3 T , también llamados resonancias magnéticas de 3 Tesla, tienen imanes más fuertes que los sistemas de 1,5 y se consideran mejores para imágenes de órganos y tejidos blandos. [7] Los sistemas de resonancia magnética de cuerpo entero para aplicaciones de investigación funcionan en, por ejemplo, 9,4 T, [8] [9] 10,5 T, [10] 11,7 T. [11] Los sistemas de resonancia magnética de cuerpo entero con campos aún más altos, por ejemplo, 14 T y más, están en propuesta conceptual [12] o en diseño de ingeniería. [13] La mayoría de los imanes clínicos son imanes superconductores , que requieren helio líquido para mantenerlos a bajas temperaturas. Se pueden lograr intensidades de campo más bajas con imanes permanentes, que a menudo se utilizan en escáneres de resonancia magnética "abiertos" para pacientes claustrofóbicos . [14] También se utilizan intensidades de campo más bajas en un escáner de resonancia magnética portátil aprobado por la FDA en 2020. [15] Recientemente, la resonancia magnética también se ha demostrado en campos ultrabajos, es decir, en el rango de microtesla a militesla, donde se hace posible una calidad de señal suficiente mediante la prepolarización (del orden de 10-100 mT) y midiendo los campos de precesión de Larmor a aproximadamente 100 microtesla con dispositivos de interferencia cuántica superconductores de alta sensibilidad ( SQUID ). [16] [17] [18]

T1 y T2

Efectos de TR y TE en la señal de RM
Ejemplos de exploraciones de resonancia magnética ponderadas en T1, T2 y PD
Diagrama de cambios en la magnetización y las orientaciones del espín a lo largo del experimento de relajación de red de espín

Cada tejido vuelve a su estado de equilibrio después de la excitación por los procesos de relajación independientes de T 1 ( spin-lattice ; es decir, magnetización en la misma dirección que el campo magnético estático) y T 2 ( spin-spin ; transversal al campo magnético estático). Para crear una imagen ponderada en T 1 , se permite que la magnetización se recupere antes de medir la señal de RM cambiando el tiempo de repetición (TR). Esta ponderación de la imagen es útil para evaluar la corteza cerebral, identificar tejido graso, caracterizar lesiones hepáticas focales y, en general, obtener información morfológica, así como para la obtención de imágenes posteriores al contraste .Para crear una imagen ponderada en T2 , se permite que la magnetización disminuya antes de medir la señal de RM modificando el tiempo de eco (TE). Esta ponderación de la imagen es útil para detectar edemas e inflamaciones, revelar lesiones de la sustancia blanca y evaluar la anatomía zonal en la próstata y el útero .

La información de las exploraciones por resonancia magnética llega en forma de contrastes de imágenes basados ​​en las diferencias en la tasa de relajación de los espines nucleares luego de su perturbación por un campo magnético oscilante (en forma de pulsos de radiofrecuencia a través de la muestra). [19] Las tasas de relajación son una medida del tiempo que tarda una señal en decaer nuevamente a un estado de equilibrio desde el plano longitudinal o transversal.

La magnetización se acumula a lo largo del eje z en presencia de un campo magnético, B 0 , de modo que los dipolos magnéticos en la muestra, en promedio, se alinearán con el eje z sumando una magnetización total M z . Esta magnetización a lo largo de z se define como la magnetización de equilibrio; la magnetización se define como la suma de todos los dipolos magnéticos en una muestra. Después de la magnetización de equilibrio, un pulso de radiofrecuencia (RF) de 90° invierte la dirección del vector de magnetización en el plano xy y luego se apaga. Sin embargo, el campo magnético inicial B 0 todavía se aplica. Por lo tanto, el vector de magnetización de espín regresará lentamente desde el plano xy al estado de equilibrio. El tiempo que tarda el vector de magnetización en regresar a su valor de equilibrio, M z , se conoce como el tiempo de relajación longitudinal, T 1 . [20] Posteriormente, la velocidad a la que esto sucede es simplemente el recíproco del tiempo de relajación: . De manera similar, el tiempo que tarda M xy en volver a cero es T 2 , con una tasa . [21] La magnetización en función del tiempo se define mediante las ecuaciones de Bloch .

Los valores de T1 y T2 dependen del entorno químico de la muestra, de ahí su utilidad en la resonancia magnética. El tejido blando y el tejido muscular se relajan a ritmos diferentes, lo que produce el contraste de imagen en una exploración típica.

La representación estándar de las imágenes de RM es representar las características del fluido en imágenes en blanco y negro , donde los diferentes tejidos aparecen de la siguiente manera:

Diagnóstico

Uso por órgano o sistema

Paciente en posición para estudio de RM de cabeza y abdomen.

La resonancia magnética tiene una amplia gama de aplicaciones en el diagnóstico médico y se estima que hay alrededor de 50.000 escáneres en uso en todo el mundo. [25] La resonancia magnética afecta el diagnóstico y el tratamiento en muchas especialidades, aunque su efecto sobre la mejora de los resultados de salud es discutido en ciertos casos. [26] [27]

Radiólogo interpretando imágenes de resonancia magnética de cabeza y cuello

La resonancia magnética es la investigación de elección en la estadificación preoperatoria del cáncer de recto y próstata y tiene un papel en el diagnóstico, estadificación y seguimiento de otros tumores, [28] así como para determinar áreas de tejido para muestreo en biobancos. [29] [30]

Neuroimagen

Imágenes por tensor de difusión de los tractos de sustancia blanca mediante resonancia magnética

La resonancia magnética es la herramienta de investigación de elección para los cánceres neurológicos sobre la TC, ya que ofrece una mejor visualización de la fosa craneal posterior , que contiene el tronco encefálico y el cerebelo . El contraste proporcionado entre la materia gris y blanca hace que la resonancia magnética sea la mejor opción para muchas afecciones del sistema nervioso central , incluidas las enfermedades desmielinizantes , la demencia , la enfermedad cerebrovascular , las enfermedades infecciosas , la enfermedad de Alzheimer y la epilepsia . [31] [32] [33] Dado que muchas imágenes se toman con milisegundos de diferencia, muestra cómo responde el cerebro a diferentes estímulos, lo que permite a los investigadores estudiar las anomalías cerebrales funcionales y estructurales en los trastornos psicológicos. [34] La resonancia magnética también se utiliza en la cirugía estereotáctica guiada y la radiocirugía para el tratamiento de tumores intracraneales, malformaciones arteriovenosas y otras afecciones tratables quirúrgicamente utilizando un dispositivo conocido como N-localizador . [35] [36] [37] Las nuevas herramientas que implementan inteligencia artificial en el cuidado de la salud han demostrado una mayor calidad de imagen y análisis morfométrico en neuroimagen con la aplicación de un sistema de eliminación de ruido. [38]

El récord de resolución espacial más alta de un cerebro intacto (post mortem) es de 100 micrones, del Hospital General de Massachusetts. Los datos se publicaron en NATURE el 30 de octubre de 2019. [39] [40]

Aunque la resonancia magnética se utiliza ampliamente en la investigación sobre discapacidades mentales, según una revisión sistemática de la literatura y un metanálisis de 2024 encargados por el Patient-Centered Outcomes Research Institute (PCORI), la investigación disponible que utiliza exploraciones de resonancia magnética para diagnosticar el TDAH mostró una gran variabilidad. [41] Los autores concluyen que la resonancia magnética no se puede utilizar de forma fiable para ayudar a realizar un diagnóstico clínico del TDAH. [41]

Cardiovascular

Angiografía por resonancia magnética en cardiopatías congénitas

La resonancia magnética cardíaca es complementaria a otras técnicas de diagnóstico por imagen, como la ecocardiografía , la tomografía computarizada cardíaca y la medicina nuclear . Puede utilizarse para evaluar la estructura y la función del corazón. [42] Sus aplicaciones incluyen la evaluación de la isquemia y viabilidad miocárdicas , miocardiopatías , miocarditis , sobrecarga de hierro , enfermedades vasculares y cardiopatías congénitas . [43]

Músculoesquelético

Las aplicaciones en el sistema musculoesquelético incluyen imágenes de la columna vertebral , evaluación de enfermedades articulares y tumores de tejidos blandos . [44] Además, las técnicas de resonancia magnética se pueden utilizar para el diagnóstico por imágenes de enfermedades musculares sistémicas , incluidas las enfermedades musculares genéticas. [45] [46]

El movimiento de deglución de la garganta y el esófago puede causar artefactos de movimiento sobre la columna vertebral en la que se están realizando las imágenes. Por lo tanto, un pulso de saturación [ aclaración necesaria ] aplicado sobre esta región de la garganta y el esófago puede ayudar a evitar este artefacto. El artefacto de movimiento que surge debido al bombeo del corazón se puede reducir cronometrando el pulso de la resonancia magnética de acuerdo con los ciclos cardíacos. [47] Los artefactos de flujo de los vasos sanguíneos se pueden reducir aplicando pulsos de saturación por encima y por debajo de la región de interés. [48]

Hígado y tracto gastrointestinal

La RM hepatobiliar se utiliza para detectar y caracterizar lesiones del hígado , páncreas y conductos biliares . Los trastornos focales o difusos del hígado pueden evaluarse utilizando imágenes de fase opuesta ponderadas por difusión y secuencias de realce de contraste dinámico . Los agentes de contraste extracelular se utilizan ampliamente en la RM del hígado, y los agentes de contraste hepatobiliares más nuevos también brindan la oportunidad de realizar imágenes biliares funcionales. La obtención de imágenes anatómicas de los conductos biliares se logra utilizando una secuencia fuertemente ponderada en T2 en la colangiopancreatografía por resonancia magnética (CPRM). La obtención de imágenes funcionales del páncreas se realiza después de la administración de secretina . La enterografía por RM proporciona una evaluación no invasiva de la enfermedad inflamatoria intestinal y los tumores del intestino delgado. La colonografía por RM puede desempeñar un papel en la detección de pólipos grandes en pacientes con mayor riesgo de cáncer colorrectal. [49] [50] [51] [52]

Angiografía

Angiografía por resonancia magnética

La angiografía por resonancia magnética (ARM) genera imágenes de las arterias para evaluar si presentan estenosis (estrechamiento anormal) o aneurismas (dilatación de las paredes de los vasos, con riesgo de ruptura). La ARM se utiliza a menudo para evaluar las arterias del cuello y el cerebro, la aorta torácica y abdominal, las arterias renales y las piernas (lo que se denomina "escurrimiento"). Se pueden utilizar diversas técnicas para generar las imágenes, como la administración de un agente de contraste paramagnético ( gadolinio ) o el uso de una técnica conocida como "mejora relacionada con el flujo" (p. ej., secuencias de tiempo de vuelo 2D y 3D), donde la mayor parte de la señal en una imagen se debe a la sangre que se movió recientemente hacia ese plano (ver también FLASH MRI ). [53]

También se pueden utilizar técnicas que implican acumulación de fases (conocidas como angiografía de contraste de fases) para generar mapas de velocidad de flujo de forma fácil y precisa. La venografía por resonancia magnética (MRV) es un procedimiento similar que se utiliza para obtener imágenes de las venas. En este método, el tejido se excita ahora inferiormente, mientras que la señal se recoge en el plano inmediatamente superior al plano de excitación, obteniendo así imágenes de la sangre venosa que recientemente se movió desde el plano excitado. [54]

Agentes de contraste

La resonancia magnética para obtener imágenes de estructuras anatómicas o del flujo sanguíneo no requiere agentes de contraste, ya que las diferentes propiedades de los tejidos o de la sangre proporcionan contrastes naturales. Sin embargo, para tipos de imágenes más específicos, se pueden administrar agentes de contraste exógenos por vía intravenosa , oral o intraarticular . [6] La mayoría de los agentes de contraste son paramagnéticos (p. ej.: gadolinio, manganeso, europio) y se utilizan para acortar T1 en el tejido en el que se acumulan, o superparamagnéticos (SPION), y se utilizan para acortar T2 y T2* en tejido sano reduciendo su intensidad de señal (agentes de contraste negativos). Los agentes de contraste intravenosos más utilizados se basan en quelatos de gadolinio , que es altamente paramagnético. [55] En general, estos agentes han demostrado ser más seguros que los agentes de contraste yodados utilizados en radiografías de rayos X o TC. Las reacciones anafilactoides son raras y ocurren en aproximadamente el 0,03-0,1 %. [56] De particular interés es la menor incidencia de nefrotoxicidad, en comparación con los agentes yodados, cuando se administran en dosis habituales; esto ha hecho que la resonancia magnética con contraste sea una opción para los pacientes con insuficiencia renal, que de otro modo no podrían someterse a una tomografía computarizada con contraste . [57]

Los reactivos de contraste a base de gadolinio son típicamente complejos octadentados de gadolinio(III) . El complejo es muy estable (log K > 20) de modo que, en uso, la concentración de iones Gd 3+ no complejados debería estar por debajo del límite de toxicidad. El noveno lugar en la esfera de coordinación del ion metálico está ocupado por una molécula de agua que intercambia rápidamente con moléculas de agua en el entorno inmediato de la molécula del reactivo, lo que afecta el tiempo de relajación de la resonancia magnética . [58]

En diciembre de 2017, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) de los Estados Unidos anunció en un comunicado de seguridad de medicamentos que se incluirían nuevas advertencias en todos los agentes de contraste a base de gadolinio (GBCA). La FDA también pidió una mayor educación de los pacientes y exigió a los proveedores de contraste de gadolinio que realizaran estudios clínicos y en animales adicionales para evaluar la seguridad de estos agentes. [59] Aunque los agentes de gadolinio han demostrado ser útiles para pacientes con insuficiencia renal, en pacientes con insuficiencia renal grave que requieren diálisis existe el riesgo de una enfermedad rara pero grave, la fibrosis sistémica nefrogénica , que puede estar relacionada con el uso de ciertos agentes que contienen gadolinio. El más frecuentemente relacionado es la gadodiamida , pero también se han relacionado otros agentes. [60] Aunque no se ha establecido definitivamente un vínculo causal, las pautas actuales en los Estados Unidos son que los pacientes en diálisis solo deben recibir agentes de gadolinio cuando sea esencial y que la diálisis debe realizarse lo antes posible después de la exploración para eliminar el agente del cuerpo rápidamente. [61] [62]

En Europa, donde hay más agentes que contienen gadolinio disponibles, se ha publicado una clasificación de agentes según los riesgos potenciales. [63] [64] En 2008, se aprobó un nuevo agente de contraste llamado gadoxetato , de marca Eovist (EE. UU.) o Primovist (UE), para uso diagnóstico: este tiene el beneficio teórico de una vía de excreción dual. [65]

Secuencias

Una secuencia de MRI es una configuración particular de pulsos de radiofrecuencia y gradientes, que da como resultado una apariencia de imagen particular. [66] La ponderación T1 y T2 también se pueden describir como secuencias de MRI.

Tabla de descripción general

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Esta tabla no incluye secuencias poco comunes y experimentales .

Configuraciones especializadas

Espectroscopia de resonancia magnética

La espectroscopia de resonancia magnética (MRS) se utiliza para medir los niveles de diferentes metabolitos en los tejidos corporales, lo que se puede lograr a través de una variedad de técnicas basadas en imágenes o en un solo vóxel. [96] La señal de RM produce un espectro de resonancias que corresponde a diferentes disposiciones moleculares del isótopo que se está "excitando". Esta firma se utiliza para diagnosticar ciertos trastornos metabólicos, especialmente los que afectan al cerebro, [97] y para proporcionar información sobre el metabolismo tumoral . [98]

La espectroscopia de resonancia magnética (MRSI) combina métodos espectroscópicos y de imagen para producir espectros localizados espacialmente desde dentro de la muestra o el paciente. La resolución espacial es mucho menor (limitada por la relación señal-ruido (SNR ) disponible ), pero los espectros en cada vóxel contienen información sobre muchos metabolitos. Debido a que la señal disponible se utiliza para codificar información espacial y espectral, la MRSI requiere una relación señal-ruido (SNR) alta que solo se puede lograr con intensidades de campo más altas (3 T y más). [99] Los altos costos de adquisición y mantenimiento de la resonancia magnética con intensidades de campo extremadamente altas [100] inhiben su popularidad. Sin embargo, se han propuesto algoritmos de software recientes basados ​​en detección comprimida ( por ejemplo , SAMV [101] ) para lograr una súper resolución sin requerir intensidades de campo tan altas.

En tiempo real

Resonancia magnética en tiempo real de un corazón humano con una resolución de 50 ms
Resonancia magnética en tiempo real de un corazón humano (vista de 2 cámaras) con una resolución de 22 ms [102]
Resonancia magnética en tiempo real del tracto vocal mientras se canta , con una resolución de 40 ms

La resonancia magnética en tiempo real (RT-MRI) se refiere al monitoreo continuo de objetos en movimiento en tiempo real. Tradicionalmente, la resonancia magnética en tiempo real solo era posible con baja calidad de imagen o baja resolución temporal. Un algoritmo de reconstrucción iterativa eliminó las limitaciones. La resonancia magnética radial FLASH (en tiempo real) produce una resolución temporal de 20 a 30 milisegundos para imágenes con una resolución en el plano de 1,5 a 2,0 mm. [103] La resonancia magnética en tiempo real agrega información sobre enfermedades de las articulaciones y el corazón . En muchos casos, los exámenes de resonancia magnética se vuelven más fáciles y cómodos para los pacientes, especialmente para los pacientes que no pueden calmar su respiración [104] o que tienen arritmia .

La obtención de imágenes de precesión libre en estado estable balanceado (bSSFP) brinda un mejor contraste de imagen entre el depósito de sangre y el miocardio que la MRI FLASH, a costa de un artefacto de bandas severo cuando la falta de homogeneidad de B0 es fuerte. [104]

Resonancia magnética intervencionista

La ausencia de efectos nocivos para el paciente y el operador hace que la resonancia magnética sea adecuada para la radiología intervencionista , en la que las imágenes producidas por un escáner de resonancia magnética guían procedimientos mínimamente invasivos. Dichos procedimientos no utilizan instrumentos ferromagnéticos . [105]

Un subconjunto especializado y en crecimiento de la resonancia magnética intervencionista es la resonancia magnética intraoperatoria , en la que se utiliza una resonancia magnética durante la cirugía. Algunos sistemas de resonancia magnética especializados permiten obtener imágenes simultáneamente con el procedimiento quirúrgico. Lo más habitual es que el procedimiento quirúrgico se interrumpa temporalmente para que la resonancia magnética pueda evaluar el éxito del procedimiento o guiar el trabajo quirúrgico posterior. [106]

Ultrasonido focalizado guiado por resonancia magnética

En la terapia guiada, los rayos de ultrasonidos focalizados de alta intensidad (HIFU) se enfocan en un tejido, que se controla mediante imágenes térmicas de RM. Debido a la alta energía en el foco, la temperatura aumenta a más de 65 °C (150 °F), lo que destruye completamente el tejido. Esta tecnología puede lograr una ablación precisa del tejido enfermo. Las imágenes de RM proporcionan una vista tridimensional del tejido objetivo, lo que permite el enfoque preciso de la energía de ultrasonido. Las imágenes de RM proporcionan imágenes térmicas cuantitativas en tiempo real del área tratada. Esto permite al médico asegurarse de que la temperatura generada durante cada ciclo de energía de ultrasonido sea suficiente para provocar la ablación térmica dentro del tejido deseado y, en caso contrario, adaptar los parámetros para garantizar un tratamiento eficaz. [107]

Imágenes multinucleares

El hidrógeno tiene el núcleo que se visualiza con mayor frecuencia en la resonancia magnética porque está presente en los tejidos biológicos en gran abundancia y porque su alta relación giromagnética proporciona una señal potente. Sin embargo, cualquier núcleo con un espín nuclear neto podría potencialmente visualizarse con la resonancia magnética. Dichos núcleos incluyen helio-3 , litio-7 , carbono-13 , flúor -19, oxígeno-17 , sodio -23, fósforo -31 y xenón-129 . 23 Na y 31 P son naturalmente abundantes en el cuerpo, por lo que se pueden visualizar directamente. Los isótopos gaseosos como 3 He o 129 Xe deben hiperpolarizarse y luego inhalarse ya que su densidad nuclear es demasiado baja para producir una señal útil en condiciones normales. 17 O y 19 F se pueden administrar en cantidades suficientes en forma líquida (por ejemplo, 17 O -agua) para que la hiperpolarización no sea una necesidad. [108] El uso de helio o xenón tiene la ventaja de reducir el ruido de fondo y, por lo tanto, aumentar el contraste de la imagen en sí, porque estos elementos normalmente no están presentes en los tejidos biológicos. [109]

Además, el núcleo de cualquier átomo que tenga un espín nuclear neto y que esté unido a un átomo de hidrógeno podría potencialmente ser fotografiado mediante una resonancia magnética de transferencia de magnetización heteronuclear que visualizaría el núcleo de hidrógeno de alta relación giromagnética en lugar del núcleo de baja relación giromagnética que está unido al átomo de hidrógeno. [110] En principio, la resonancia magnética de transferencia de magnetización heteronuclear podría utilizarse para detectar la presencia o ausencia de enlaces químicos específicos. [111] [112]

En la actualidad, la obtención de imágenes multinucleares es principalmente una técnica de investigación. Sin embargo, las posibles aplicaciones incluyen la obtención de imágenes funcionales y la obtención de imágenes de órganos que no se ven bien en la resonancia magnética de 1H (por ejemplo, pulmones y huesos) o como agentes de contraste alternativos. El 3He hiperpolarizado inhalado se puede utilizar para obtener imágenes de la distribución de los espacios de aire dentro de los pulmones. Se han estudiado soluciones inyectables que contienen 13C o burbujas estabilizadas de 129Xe hiperpolarizado como agentes de contraste para la angiografía y la obtención de imágenes de perfusión. El 31P puede proporcionar potencialmente información sobre la densidad y la estructura ósea, así como imágenes funcionales del cerebro. La obtención de imágenes multinucleares tiene el potencial de trazar la distribución del litio en el cerebro humano, elemento que se utiliza como un fármaco importante para quienes padecen afecciones como el trastorno bipolar. [113]

Imágenes moleculares por resonancia magnética

La resonancia magnética tiene la ventaja de tener una resolución espacial muy alta y es muy adecuada para la obtención de imágenes morfológicas y funcionales. Sin embargo, la resonancia magnética tiene varias desventajas. En primer lugar, la resonancia magnética tiene una sensibilidad de alrededor de 10 −3 mol/L a 10 −5 mol/L, lo que, en comparación con otros tipos de imágenes, puede ser muy limitante. Este problema se debe al hecho de que la diferencia de población entre los estados de espín nuclear es muy pequeña a temperatura ambiente. Por ejemplo, a 1,5 teslas , una intensidad de campo típica para la resonancia magnética clínica, la diferencia entre los estados de alta y baja energía es de aproximadamente 9 moléculas por 2 millones. Las mejoras para aumentar la sensibilidad de la resonancia magnética incluyen el aumento de la intensidad del campo magnético y la hiperpolarización mediante bombeo óptico o polarización nuclear dinámica. También hay una variedad de esquemas de amplificación de señales basados ​​en el intercambio químico que aumentan la sensibilidad. [114]

Para lograr imágenes moleculares de biomarcadores de enfermedades mediante resonancia magnética, se requieren agentes de contraste de resonancia magnética dirigidos con alta especificidad y alta relaxividad (sensibilidad). Hasta la fecha, se han dedicado muchos estudios al desarrollo de agentes de contraste de resonancia magnética dirigidos para lograr imágenes moleculares mediante resonancia magnética. Comúnmente, se han aplicado péptidos, anticuerpos o ligandos pequeños y dominios proteicos pequeños, como los aficuerpos HER-2, para lograr la focalización. Para mejorar la sensibilidad de los agentes de contraste, estas fracciones de focalización suelen estar vinculadas a agentes de contraste de resonancia magnética de alta carga útil o agentes de contraste de resonancia magnética con altas relaxividades. [115] Se ha introducido una nueva clase de agentes de contraste de RM dirigidos a genes para mostrar la acción genética de proteínas de factores de transcripción genética y ARNm únicos. [116] [117] Estos nuevos agentes de contraste pueden rastrear células con ARNm, microARN y virus únicos; respuesta tisular a la inflamación en cerebros vivos. [118] La RM informa cambios en la expresión genética con correlación positiva con el análisis TaqMan, la microscopía óptica y electrónica. [119]

Resonancia magnética paralela

La obtención de datos de resonancia magnética mediante aplicaciones secuenciales de gradientes de campo magnético requiere tiempo. Incluso en las secuencias de resonancia magnética más simplificadas , existen límites físicos y fisiológicos a la velocidad de cambio de gradiente. La resonancia magnética paralela evita estos límites al recopilar una parte de los datos simultáneamente, en lugar de hacerlo de forma secuencial tradicional. Esto se logra utilizando conjuntos de bobinas detectoras de radiofrecuencia (RF), cada una con una "visión" diferente del cuerpo. Se aplica un conjunto reducido de pasos de gradiente y la información espacial restante se completa combinando señales de varias bobinas, en función de sus patrones de sensibilidad espacial conocidos. La aceleración resultante está limitada por el número de bobinas y por la relación señal/ruido (que disminuye al aumentar la aceleración), pero es común lograr aceleraciones de dos a cuatro veces con configuraciones de conjuntos de bobinas adecuadas, y se han demostrado aceleraciones sustancialmente más altas con conjuntos de bobinas especializados. La resonancia magnética paralela se puede utilizar con la mayoría de las secuencias de resonancia magnética .

Después de que varias sugerencias iniciales para el uso de conjuntos de detectores para acelerar la obtención de imágenes pasaran en gran medida desapercibidas en el campo de la resonancia magnética, la obtención de imágenes en paralelo se desarrolló y aplicó ampliamente tras la introducción de la técnica de adquisición simultánea de armónicos espaciales (SMASH) en 1996-7. [120] Las técnicas de codificación de sensibilidad (SENSE) [121] y de adquisición parcialmente paralela con calibración automática generalizada (GRAPPA) [122] son ​​los métodos de obtención de imágenes en paralelo más utilizados en la actualidad. La llegada de la resonancia magnética paralela dio lugar a una amplia investigación y desarrollo en la reconstrucción de imágenes y el diseño de bobinas de RF, así como a una rápida expansión del número de canales receptores disponibles en los sistemas de resonancia magnética comerciales. La resonancia magnética paralela se utiliza ahora de forma rutinaria para exámenes de resonancia magnética en una amplia gama de áreas corporales y aplicaciones clínicas o de investigación.

Resonancia magnética cuantitativa

La mayoría de las resonancias magnéticas se centran en la interpretación cualitativa de los datos de resonancia magnética mediante la adquisición de mapas espaciales de variaciones relativas en la intensidad de la señal que están "ponderadas" por ciertos parámetros. [123] Los métodos cuantitativos, en cambio, intentan determinar mapas espaciales de valores precisos de parámetros de relaxometría tisular o del campo magnético, o medir el tamaño de ciertas características espaciales.

Algunos ejemplos de métodos cuantitativos de resonancia magnética son:

La resonancia magnética cuantitativa tiene como objetivo aumentar la reproducibilidad de las imágenes y las interpretaciones de la resonancia magnética, pero históricamente ha requerido tiempos de exploración más prolongados. [123]

La resonancia magnética cuantitativa (o qMRI) a veces se refiere más específicamente a la resonancia magnética cuantitativa multiparamétrica, el mapeo de múltiples parámetros de relaxometría tisular en una sola sesión de imágenes. [128] Los esfuerzos para hacer que la resonancia magnética cuantitativa multiparamétrica sea más rápida han producido secuencias que mapean múltiples parámetros simultáneamente, ya sea mediante la creación de métodos de codificación separados para cada parámetro en la secuencia, [129] o ajustando la evolución de la señal de RM a un modelo multiparamétrico. [130] [131]

Resonancia magnética de gas hiperpolarizado

La resonancia magnética tradicional genera imágenes deficientes del tejido pulmonar porque hay menos moléculas de agua con protones que puedan ser excitadas por el campo magnético. Mediante el uso de gas hiperpolarizado, una resonancia magnética puede identificar defectos de ventilación en los pulmones. Antes de la exploración, se le pide al paciente que inhale xenón hiperpolarizado mezclado con un gas amortiguador de helio o nitrógeno. Las imágenes pulmonares resultantes son de mucha mayor calidad que con la resonancia magnética tradicional.

Seguridad

La resonancia magnética es, en general, una técnica segura, aunque pueden producirse lesiones como resultado de procedimientos de seguridad fallidos o de un error humano. [132] Las contraindicaciones para la resonancia magnética incluyen la mayoría de los implantes cocleares y marcapasos cardíacos , metralla y cuerpos extraños metálicos en los ojos . La resonancia magnética en el embarazo parece ser segura, al menos durante el segundo y tercer trimestre si se realiza sin agentes de contraste. [133] Dado que la resonancia magnética no utiliza ninguna radiación ionizante, su uso generalmente se favorece en lugar de la TC cuando cualquiera de las dos modalidades podría proporcionar la misma información. [134] Algunos pacientes experimentan claustrofobia y pueden requerir sedación o protocolos de resonancia magnética más cortos. [135] [136] La amplitud y el cambio rápido de las bobinas de gradiente durante la adquisición de imágenes pueden causar estimulación de los nervios periféricos. [137]

La resonancia magnética utiliza imanes potentes y, por lo tanto, puede hacer que los materiales magnéticos se muevan a gran velocidad, lo que supone un riesgo de proyectil y puede causar accidentes fatales. [138] Sin embargo, como se realizan millones de resonancias magnéticas en todo el mundo cada año, [139] las muertes son extremadamente raras. [140]

Las máquinas de resonancia magnética pueden producir un ruido fuerte, de hasta 120 dB(A) . [141] Esto puede causar pérdida de audición , tinnitus e hiperacusia , por lo que es esencial una protección auditiva adecuada para cualquier persona dentro de la sala del escáner de resonancia magnética durante el examen.

Uso excesivo

Las sociedades médicas publican pautas sobre cuándo los médicos deben utilizar la resonancia magnética en los pacientes y recomiendan no abusar de ella. La resonancia magnética puede detectar problemas de salud o confirmar un diagnóstico, pero las sociedades médicas a menudo recomiendan que la resonancia magnética no sea el primer procedimiento para crear un plan para diagnosticar o tratar la queja de un paciente. Un caso común es el uso de la resonancia magnética para buscar una causa de dolor lumbar ; el Colegio Americano de Médicos , por ejemplo, recomienda no realizar imágenes (incluida la resonancia magnética) ya que es poco probable que produzcan un resultado positivo para el paciente. [26] [27]

Artefactos

Artefacto de movimiento (estudio coronal T1 de vértebras cervicales) [142]

Un artefacto de resonancia magnética es un artefacto visual , es decir, una anomalía durante la representación visual. Pueden ocurrir muchos artefactos diferentes durante la resonancia magnética (RM), algunos afectan la calidad del diagnóstico, mientras que otros pueden confundirse con patología. Los artefactos pueden clasificarse como relacionados con el paciente, dependientes del procesamiento de la señal y relacionados con el hardware (máquina). [142]

Uso no médico

La resonancia magnética se utiliza en la industria principalmente para el análisis rutinario de sustancias químicas. La técnica de resonancia magnética nuclear también se utiliza, por ejemplo, para medir la relación entre agua y grasa en los alimentos, para controlar el flujo de fluidos corrosivos en tuberías o para estudiar estructuras moleculares como los catalizadores. [1]

Al no ser invasiva ni dañina, la resonancia magnética se puede utilizar para estudiar la anatomía de las plantas, sus procesos de transporte de agua y el equilibrio hídrico. [143] También se aplica a la radiología veterinaria con fines diagnósticos. Fuera de esto, su uso en zoología es limitado debido al alto costo; pero se puede utilizar en muchas especies. [144]

En paleontología se utiliza para examinar la estructura de los fósiles. [145]

Las imágenes forenses proporcionan documentación gráfica de una autopsia , algo que no ocurre con la autopsia manual. La tomografía computarizada proporciona imágenes rápidas de todo el cuerpo de alteraciones esqueléticas y parenquimatosas , mientras que la resonancia magnética proporciona una mejor representación de la patología de los tejidos blandos . [146] Dicho todo esto, la resonancia magnética es más cara y requiere más tiempo de uso. [146] Además, la calidad de la resonancia magnética se deteriora por debajo de los 10 °C. [147]

Historia

En 1971, en la Universidad Stony Brook , Paul Lauterbur aplicó gradientes de campo magnético en las tres dimensiones y una técnica de retroproyección para crear imágenes de RMN. Publicó las primeras imágenes de dos tubos de agua en 1973 en la revista Nature , [148] seguidas por la imagen de un animal vivo, una almeja, y en 1974 por la imagen de la cavidad torácica de un ratón. Lauterbur llamó a su método de obtención de imágenes zeugmatografía, un término que fue reemplazado por imágenes de RMN. [1] A fines de la década de 1970, los físicos Peter Mansfield y Paul Lauterbur desarrollaron técnicas relacionadas con la resonancia magnética, como la técnica de imágenes ecoplanares (EPI). [149]

El trabajo de Raymond Damadian sobre resonancia magnética nuclear (RMN) se ha incorporado a la resonancia magnética, habiéndose construido uno de los primeros escáneres. [150]

Los avances en la tecnología de semiconductores fueron cruciales para el desarrollo de la resonancia magnética práctica, que requiere una gran cantidad de potencia computacional . Esto fue posible gracias al rápido aumento del número de transistores en un solo chip de circuito integrado . [151] Mansfield y Lauterbur recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2003 por sus "descubrimientos relacionados con la resonancia magnética". [152]

Véase también

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