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imágenes por resonancia magnética

La resonancia magnética ( RM ) es una técnica de imagen médica utilizada en radiología para generar imágenes de la anatomía y los procesos fisiológicos del cuerpo. Los escáneres...

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La resonancia magnética ( RM ) es una técnica de imagen médica utilizada en radiología para generar imágenes de la anatomía y los procesos fisiológicos del cuerpo. Los escáneres de RM utilizan campos magnéticos intensos , gradientes de campo magnético y ondas de radio para formar imágenes de los órganos. La RM no utiliza rayos X ni 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 (RM) se utiliza ampliamente en hospitales y clínicas para el diagnóstico , la estadificación y el seguimiento de enfermedades. En comparación con la tomografía computarizada (TC), la RM ofrece un mejor contraste en las imágenes de tejidos blandos, como el cerebro o el abdomen. Sin embargo, puede resultar menos cómoda para los pacientes debido a que las mediciones suelen ser más largas y ruidosas, ya que el paciente se encuentra dentro de un tubo largo y estrecho, aunque los diseños de RM "abierta" suelen mitigar este inconveniente. Además, los implantes y otros objetos metálicos no extraíbles en el cuerpo pueden suponer un riesgo y pueden impedir que algunos pacientes se sometan a una resonancia magnética de forma segura.

La resonancia magnética (RM) se denominó originalmente RMN (resonancia magnética nuclear), pero se eliminó el término "nuclear" para evitar connotaciones negativas . [ 2 ] Ciertos núcleos atómicos pueden absorber energía de radiofrecuencia (RF) al ser colocados en un campo magnético externo; la polarización de espín resultante puede inducir una señal de RF en una bobina de radiofrecuencia y, por lo tanto, ser detectada. [ 3 ] En otras palabras, el espín magnético nuclear de los protones en los núcleos de hidrógeno resuena con las ondas de RF incidentes y emite radiación coherente con dirección, energía (frecuencia) y fase compactas. Esta radiación coherente amplificada es detectada por antenas de RF cercanas al sujeto examinado. Es un proceso similar al de los máseres . En la RM 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 seres humanos y otros organismos biológicos, particularmente en el agua y la grasa . Por esta razón, la mayoría de las exploraciones de RM mapean esencialmente 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 contienen.

Desde su desarrollo en las décadas de 1970 y 1980, la resonancia magnética (RM) ha demostrado ser una técnica de imagen versátil. Si bien su uso más destacado es en medicina diagnóstica e investigación biomédica, también puede emplearse para obtener imágenes de objetos inanimados, como momias . La RM de difusión y la RM funcional amplían la utilidad de la RM al permitir visualizar tractos neuronales y el flujo sanguíneo, respectivamente, en el sistema nervioso, además de proporcionar imágenes espaciales detalladas. El aumento sostenido de la demanda de RM en los sistemas de salud ha generado inquietudes sobre su rentabilidad y el sobrediagnóstico . [ 4 ] [ 5 ]

Mecanismo

Construcción y física

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

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

En la mayoría de las aplicaciones médicas, los núcleos de hidrógeno , que consisten únicamente en un protón , presentes en los tejidos generan una señal que se procesa para formar una imagen del cuerpo en función de la densidad de dichos 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 genera un fuerte campo magnético alrededor del área a examinar. Primero, se aplica temporalmente energía de un campo magnético oscilante al paciente 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 necesario para la absorción de la energía. Los átomos se excitan mediante un pulso de radiofrecuencia y la señal resultante se mide con una o más bobinas receptoras . La señal de radiofrecuencia se puede procesar para deducir información de posición observando los cambios en el nivel y la fase de la radiofrecuencia causados ​​por la variación del campo magnético local mediante bobinas de gradiente . Como estas bobinas se conmutan rápidamente durante la excitación y la respuesta para realizar un escaneo lineal en movimiento, generan el ruido repetitivo característico de una resonancia magnética debido al ligero movimiento de los devanados por la magnetostricción . El contraste entre los diferentes tejidos está determinado por la velocidad a la que los átomos excitados regresan al estado de equilibrio . Se pueden administrar agentes de contraste exógenos al paciente para mejorar la nitidez de la imagen. [ 6 ]

Una unidad móvil de resonancia magnética

La resonancia magnética requiere un campo magnético que sea fuerte y uniforme con una precisión de unas pocas partes por millón en todo el volumen de exploración. La intensidad del campo del imán se mide en teslas , y aunque la mayoría de los sistemas operan a 1,5 T, existen 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 potentes que los sistemas de 1,5 T y se consideran mejores para obtener imágenes de órganos y tejidos blandos. [ 7 ] Los sistemas de resonancia magnética de cuerpo entero para aplicaciones de investigación operan, por ejemplo, a 9,4 T, [ 8 ] [ 9 ] 10,5 T, [ 10 ] 11,7 T. [ 11 ] Sistemas de resonancia magnética de cuerpo entero de campo aún mayor, por ejemplo, de 14 T y superiores, se encuentran en fase de propuesta conceptual [ 12 ] o en fase de 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 se utilizan a menudo en escáneres de RM "abiertos" para pacientes claustrofóbicos . [ 14 ] También se utilizan intensidades de campo más bajas en un escáner de RM portátil aprobado por la FDA en 2020. [ 15 ] Recientemente, se ha demostrado la RM también en campos ultrabajos, es decir, en el rango de microteslas a militeslas, donde se logra una calidad de señal suficiente mediante la prepolarización (del orden de 10 a 100 mT) y midiendo los campos de precesión de Larmor a unos 100 microteslas con dispositivos de interferencia cuántica superconductores ( SQUID ) de alta sensibilidad. [ 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 los cambios en la magnetización y las orientaciones de espín a lo largo del experimento de relajación espín-red.

Cada tejido regresa a su estado de equilibrio tras la excitación mediante los procesos de relajación independientes T1 ( relación espín-red ; es decir, magnetización en la misma dirección que el campo magnético estático) y T2 ( relación espín-espín ; transversal al campo magnético estático). Para crear una imagen ponderada en T1 , se permite que la magnetización se recupere antes de medir la señal de RM modificando el tiempo de repetición (TR). Esta ponderación de 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 con contraste . Para crear una imagen ponderada en T2 , se permite que la magnetización decaiga antes de medir la señal de RM modificando el tiempo de eco (TE). Esta ponderación de imagen es útil para detectar edema e inflamación, revelar lesiones de la sustancia blanca y evaluar la anatomía zonal en la próstata y el útero .

La información de las resonancias magnéticas se presenta en forma de contrastes de imagen basados ​​en las diferencias en la tasa de relajación de los espines nucleares tras 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 hasta 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, B₀ , de tal manera que los dipolos magnéticos en la muestra se alinean, en promedio, con el eje z, sumando una magnetización total M₂ . Esta magnetización a lo largo del eje z se define como la magnetización de equilibrio; la magnetización se define como la suma de todos los dipolos magnéticos en una muestra. Tras 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 desactiva. Sin embargo, el campo magnético inicial B₀ sigue aplicado. Por lo tanto, el vector de magnetización de espín regresará lentamente del plano xy al estado de equilibrio. El tiempo que tarda el vector de magnetización en regresar a su valor de equilibrio, M₂ , se denomina tiempo de relajación longitudinal, T₁ . [ 20 ] Posteriormente , la velocidad a la que esto ocurre es simplemente el recíproco del tiempo de relajación:1T1=R1{\displaystyle {\frac {1}{T_{1}}}=R_{1}}De manera similar, el tiempo que tarda M xy en volver a cero es T 2 , con la tasa1T2=R2{\displaystyle {\frac {1}{T_{2}}}=R_{2}}. [ 21 ] La magnetización en función del tiempo se define mediante las ecuaciones de Bloch .

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

La visualización estándar de las imágenes de RM consiste en representar las características de los fluidos en imágenes en blanco y negro , donde los diferentes tejidos se muestran de la siguiente manera:

Diagnóstico

Uso por órgano o sistema

El paciente está siendo posicionado para un estudio de resonancia magnética de la cabeza y el abdomen.

La resonancia magnética (RM) 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 RM influye en el diagnóstico y el tratamiento en muchas especialidades, aunque su efecto en la mejora de los resultados de salud es objeto de debate en ciertos casos. [ 26 ] [ 27 ]

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

Neuroimagen

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

La RM 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 sustancia gris y la blanca hace que la RM 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 se toman múltiples imágenes con milisegundos de diferencia, puede mostrar cómo el cerebro responde a diferentes estímulos, lo que permite a los investigadores estudiar anomalías cerebrales tanto funcionales como estructurales en trastornos psicológicos. [ 34 ] La RM 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-localizer . [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] Las nuevas herramientas que implementan inteligencia artificial en la atención médica han demostrado una mayor calidad de imagen y análisis morfométrico en neuroimagen con la aplicación de un sistema de eliminación de ruido. [ 38 ] De manera más amplia, el aprendizaje profundo se ha aplicado para acelerar la adquisición de resonancia magnética (RM) reconstruyendo imágenes de calidad diagnóstica a partir de datos del espacio k submuestreados. El proyecto fastMRI, una colaboración entre Meta AI Research (FAIR) y NYU Langone Health lanzado en 2018, publicó el conjunto de datos de código abierto más grande de mediciones de RM sin procesar y demostró que la reconstrucción basada en IA puede lograr una aceleración de hasta 4× de las exploraciones de rodilla y cerebro sin pérdida de precisión diagnóstica, un resultado confirmado en un estudio de intercambiabilidad clínica. [ 39 ] [ 40 ] Estos métodos se han adoptado desde entonces como un estándar clínico para la RM acelerada en varios centros médicos importantes. [ 41 ]

El récord de mayor resolución espacial de un cerebro completo intacto (post mortem) es de 100 micras, del Hospital General de Massachusetts . Los datos se publicaron en Nature en octubre de 2019. [ 42 ] [ 43 ]

Aunque la resonancia magnética (RM) se utiliza ampliamente en la investigación sobre discapacidades mentales, según una revisión sistemática de la literatura y un metaanálisis de 2024 encargados por el Patient-Centered Outcomes Research Institute (PCORI), la investigación disponible que utiliza resonancia magnética para diagnosticar el TDAH mostró una gran variabilidad. [ 44 ] Los autores concluyen que la RM no puede utilizarse de forma fiable para ayudar a realizar un diagnóstico clínico del TDAH. [ 44 ]

Cardiovascular

Angiografía por resonancia magnética en cardiopatías congénitas

La resonancia magnética cardíaca complementa otras técnicas de imagen, como la ecocardiografía , la tomografía computarizada cardíaca y la medicina nuclear . Se puede utilizar para evaluar la estructura y la función del corazón. [ 45 ] Sus aplicaciones incluyen la evaluación de la isquemia y la viabilidad miocárdica , las miocardiopatías , la miocarditis , la sobrecarga de hierro , las enfermedades vasculares y las cardiopatías congénitas . [ 46 ]

Musculoesquelético

Las aplicaciones en el sistema musculoesquelético incluyen imágenes de la columna vertebral , evaluación de enfermedades articulares y tumores de tejidos blandos . [ 47 ] Las técnicas de resonancia magnética también se pueden utilizar para el diagnóstico por imágenes de enfermedades musculares sistémicas , incluidas las enfermedades musculares genéticas. [ 48 ] [ 49 ]

Los movimientos de deglución de la garganta y el esófago pueden causar artefactos de movimiento sobre la columna vertebral en la imagen. Por lo tanto, la aplicación de un pulso de saturación sobre esta región puede ayudar a evitar estos artefactos. Los artefactos de movimiento derivados del bombeo del corazón pueden reducirse sincronizando el pulso de resonancia magnética con los ciclos cardíacos. [ 50 ] Los artefactos de flujo de los vasos sanguíneos pueden reducirse aplicando pulsos de saturación por encima y por debajo de la región de interés. [ 51 ]

Hígado y sistema gastrointestinal

La resonancia magnética hepatobiliar se utiliza para detectar y caracterizar lesiones del hígado , el páncreas y los conductos biliares . Los trastornos hepáticos focales o difusos pueden evaluarse mediante secuencias de imágenes ponderadas por difusión , de fase opuesta y de realce de contraste dinámico . Los agentes de contraste extracelulares se utilizan ampliamente en la resonancia magnética hepática, y los nuevos agentes de contraste hepatobiliares también ofrecen la oportunidad de realizar imágenes biliares funcionales. La imagen anatómica de los conductos biliares se logra mediante una secuencia ponderada en T2 en la colangiopancreatografía por resonancia magnética (CPRM). La imagen funcional del páncreas se realiza tras la administración de secretina . La enterografía por resonancia magnética proporciona una evaluación no invasiva de la enfermedad inflamatoria intestinal y los tumores del intestino delgado. La colonografía por resonancia magnética puede desempeñar un papel en la detección de pólipos grandes en pacientes con mayor riesgo de cáncer colorrectal. [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]

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 (dilataciones de la pared vascular con riesgo de ruptura). La ARM se utiliza frecuentemente para evaluar las arterias del cuello y el cerebro, la aorta torácica y abdominal, las arterias renales y las piernas (denominadas "vías de drenaje"). Se pueden emplear 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" (por ejemplo, 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 ha desplazado recientemente a ese plano (véase también la RM FLASH ). [ 56 ]

Las técnicas que implican acumulación de fase (conocida como angiografía por contraste de fase) también pueden utilizarse para generar mapas de velocidad de flujo de forma fácil y precisa. La venografía por resonancia magnética (VRM) es un procedimiento similar que se utiliza para obtener imágenes de las venas. En este método, el tejido se excita inferiormente, mientras que la señal se recoge en el plano inmediatamente superior al plano de excitación, lo que permite visualizar la sangre venosa que se ha desplazado recientemente desde el plano excitado. [ 57 ]

Agentes de contraste

La resonancia magnética para la obtención de imágenes de estructuras anatómicas o flujo sanguíneo no requiere agentes de contraste, ya que las propiedades variables de los tejidos o 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. [ 58 ] En general, estos agentes han demostrado ser más seguros que los agentes de contraste yodados utilizados en radiografía o tomografía computarizada. Las reacciones anafilactoides son raras, ocurriendo en aproximadamente 0,03-0,1%. [ 59 ] 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 pacientes con insuficiencia renal, que de otro modo no podrían someterse a una tomografía computarizada con contraste . [ 60 ]

Los reactivos de contraste a base de gadolinio suelen ser complejos octadentados de gadolinio(III) . El complejo es muy estable (log K > 20), por lo que, durante su uso, la concentración de iones Gd³⁺ no complejados debe 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, afectando el tiempo de relajación de la resonancia magnética . [ 61 ]

En diciembre de 2017, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) de Estados Unidos anunció en un comunicado sobre seguridad de medicamentos que se incluirían nuevas advertencias en todos los agentes de contraste a base de gadolinio (GBCA). La FDA también solicitó una mayor educación del paciente y exigió a los proveedores de contraste de gadolinio que realizaran estudios adicionales en animales y clínicos para evaluar la seguridad de estos agentes. [ 62 ] Si bien 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 vinculado es el gadodiamida , pero también se han vinculado otros agentes. [ 63 ] Aunque no se ha establecido definitivamente un vínculo causal, las directrices actuales en Estados Unidos indican 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. [ 64 ] [ 65 ]

En Europa, donde hay más agentes que contienen gadolinio disponibles, se ha publicado una clasificación de agentes según los riesgos potenciales. [ 66 ] [ 67 ] En 2008, se aprobó para uso diagnóstico un nuevo agente de contraste llamado gadoxetato , con nombre comercial Eovist (EE. UU.) o Primovist (UE): Este tiene el beneficio teórico de una doble vía de excreción. [ 68 ]

Secuencias

Una secuencia de resonancia magnética es una configuración particular de pulsos y gradientes de radiofrecuencia, que da como resultado una apariencia de imagen particular. [ 69 ] La ponderación T1 y T2 también se puede describir como secuencias de resonancia magnética.

Tabla de resumen

Esta tabla no incluye secuencias poco comunes ni experimentales .

Configuraciones especializadas

espectroscopia de resonancia magnética

La espectroscopia de resonancia magnética (ERM) se utiliza para medir los niveles de diferentes metabolitos en los tejidos corporales, lo que se puede lograr mediante diversas técnicas basadas en imágenes o en vóxeles individuales. [ 99 ] La señal de RM produce un espectro de resonancias que corresponde a diferentes disposiciones moleculares del isótopo que se "excita". Esta firma se utiliza para diagnosticar ciertos trastornos metabólicos, especialmente aquellos que afectan al cerebro, [ 100 ] y para proporcionar información sobre el metabolismo tumoral . [ 101 ]

La espectroscopia de resonancia magnética (ERM) combina métodos espectroscópicos y de imagen para producir espectros espacialmente localizados dentro de la muestra o el paciente. La resolución espacial es mucho menor (limitada por la relación señal-ruido 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 ERM requiere una alta relación señal-ruido que solo se puede lograr con intensidades de campo más altas (3 T y superiores). [ 102 ] Los altos costos de adquisición y mantenimiento de la resonancia magnética con intensidades de campo extremadamente altas [ 103 ] limitan su popularidad. Sin embargo, se han propuesto algoritmos de software recientes basados ​​en detección comprimida ( por ejemplo , SAMV [ 104 ] ) para lograr superresolución 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 dos cámaras) con una resolución de 22 ms [ 105 ]
Resonancia magnética en tiempo real del tracto vocal durante el canto , con una resolución de 40 ms.

La resonancia magnética en tiempo real (RM-TR) se refiere al monitoreo continuo de objetos en movimiento en tiempo real. Tradicionalmente, la RM-TR solo era posible con baja calidad de imagen o baja resolución temporal . Un algoritmo de reconstrucción iterativa eliminó las limitaciones. La RM-TR 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. [ 106 ] La RM-TR agrega información sobre enfermedades de las articulaciones y el corazón . En muchos casos, los exámenes de RM se vuelven más fáciles y cómodos para los pacientes, especialmente para los pacientes que no pueden calmar su respiración [ 107 ] o que tienen arritmia .

La obtención de imágenes mediante precesión libre en estado estacionario equilibrado (bSSFP) proporciona un mejor contraste de imagen entre el volumen sanguíneo y el miocardio que la resonancia magnética FLASH, a costa de un grave artefacto de bandas cuando la inhomogeneidad de B0 es fuerte. [ 107 ]

resonancia magnética intervencionista

La ausencia de efectos nocivos para el paciente y el operador hace que la resonancia magnética sea idónea para la radiología intervencionista , donde las imágenes producidas por un escáner de resonancia magnética guían procedimientos mínimamente invasivos. Dichos procedimientos no utilizan instrumentos ferromagnéticos . [ 108 ]

Un subconjunto especializado y en auge 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. [ 109 ]

Ultrasonido focalizado guiado por resonancia magnética

En la terapia guiada, los haces de ultrasonido focalizado de alta intensidad (HIFU) se enfocan en un tejido, controlados mediante imágenes térmicas de resonancia magnética (RM). Debido a la alta energía en el foco, la temperatura aumenta por encima de 65 °C (150  °F), lo que destruye completamente el tejido. Esta tecnología permite lograr una ablación precisa del tejido enfermo. Las imágenes de RM proporcionan una visión tridimensional del tejido objetivo, lo que permite enfocar con precisión la energía ultrasónica. La RM proporciona imágenes térmicas cuantitativas en tiempo real del área tratada. Esto permite al médico asegurarse de que la temperatura generada durante cada ciclo de energía ultrasónica sea suficiente para causar la ablación térmica dentro del tejido deseado y, de no ser así, adaptar los parámetros para garantizar un tratamiento eficaz. [ 110 ]

Imágenes multinucleares

El hidrógeno es el núcleo que se visualiza con mayor frecuencia en la resonancia magnética (RM) debido a su gran abundancia en los tejidos biológicos y a que su alta relación giromagnética produce una señal intensa. Sin embargo, cualquier núcleo con un espín nuclear neto podría visualizarse mediante RM. Entre estos núcleos se incluyen el deuterio , el helio-3 , el litio-7 , el carbono-13 , el flúor -19, el oxígeno-17 , el sodio -23, el fósforo -31 y el xenón-129 . El 2H , el 23Na y el 31P son abundantes de forma natural en el organismo, por lo que pueden visualizarse directamente. El deuterio, presente de forma natural a una concentración de alrededor de 15 mM, también puede visualizarse, pero presenta baja sensibilidad gamma y relajación cuadripolar (RMN) . No obstante, la obtención de imágenes de deuterio tiene un espectro de desplazamiento químico disperso, lo que permite desarrollar pulsos de radiofrecuencia (RF) selectivos multibanda personalizados para la obtención de imágenes selectivas de metabolitos. Así, la obtención de imágenes metabólicas, similar a la que se realiza con el carbono-13, es posible con la obtención de imágenes metabólicas con deuterio (DMI) para comprender mejor los procesos metabólicos in vivo. Además, el corto T2 del deuterio permite promediar la señal rápidamente, compensando algunas de sus limitaciones físicas. Los isótopos gaseosos como el 3He o el 129Xe deben hiperpolarizarse y luego inhalarse, ya que su densidad nuclear es demasiado baja para generar una señal útil en condiciones normales. El 17O y el 19F pueden administrarse en cantidades suficientes en forma líquida (por ejemplo, agua marcada con 17O ), por lo que la hiperpolarización no es necesaria. [ 111 ] 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, ya que estos elementos no suelen estar presentes en los tejidos biológicos. [ 112 ]

Además, el núcleo de cualquier átomo que tenga un espín nuclear neto y que esté unido a un átomo de hidrógeno podría potencialmente visualizarse mediante resonancia magnética de transferencia de magnetización heteronuclear, que visualizaría el núcleo de hidrógeno con alta relación giromagnética en lugar del núcleo con baja relación giromagnética unido al átomo de hidrógeno. [ 113 ] En principio, la resonancia magnética de transferencia de magnetización heteronuclear podría utilizarse para detectar la presencia o ausencia de enlaces químicos específicos. [ 114 ] [ 115 ]

La imagen multinuclear es, en la actualidad, principalmente una técnica de investigación. Sin embargo, sus posibles aplicaciones incluyen la imagen funcional y la imagen de órganos que se visualizan con dificultad en la resonancia magnética de 1H (por ejemplo, pulmones y huesos), o como agentes de contraste alternativos. El 3He hiperpolarizado inhalado puede utilizarse para visualizar la distribución de los espacios aéreos dentro de los pulmones. Se han estudiado soluciones inyectables que contienen 13C o burbujas estabilizadas de 129Xe hiperpolarizado como agentes de contraste para angiografía e imagen de perfusión. El 31P puede proporcionar información sobre la densidad y la estructura ósea, así como imágenes funcionales del cerebro. La imagen multinuclear tiene el potencial de trazar la distribución del litio en el cerebro humano, elemento que se utiliza como fármaco importante para personas con afecciones como el trastorno bipolar. [ 116 ]

Imágenes moleculares mediante resonancia magnética

La resonancia magnética (RM) tiene la ventaja de poseer una resolución espacial muy alta y es muy eficaz para la obtención de imágenes morfológicas y funcionales. Sin embargo, también presenta varias desventajas. En primer lugar, su sensibilidad oscila entre 10⁻³ mol /L y 10⁻⁵ mol /L, lo que, en comparación con otros tipos de imágenes, puede resultar muy limitante. Este problema se debe a 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 RM clínica, la diferencia entre los estados de alta y baja energía es de aproximadamente 9 moléculas por cada 2  millones. Las mejoras para aumentar la sensibilidad de la RM incluyen el aumento de la intensidad del campo magnético y la hiperpolarización mediante bombeo óptico o polarización nuclear dinámica. También existen diversos esquemas de amplificación de señal basados ​​en el intercambio químico que incrementan la sensibilidad. [ 117 ]

Para lograr imágenes moleculares de biomarcadores de enfermedades mediante RMN, se requieren agentes de contraste de RMN dirigidos con alta especificidad y alta relajación (sensibilidad). Hasta la fecha, muchos estudios se han dedicado al desarrollo de agentes de contraste de RMN dirigidos para lograr imágenes moleculares mediante RMN. Comúnmente, se han aplicado péptidos, anticuerpos o ligandos pequeños, y pequeños dominios de proteínas, como los afibodies de HER-2, para lograr la focalización. Para mejorar la sensibilidad de los agentes de contraste, estas fracciones de focalización generalmente se unen a agentes de contraste de RMN de alta carga útil o agentes de contraste de RMN con alta relajación. [ 118 ] Se ha introducido una nueva clase de agentes de contraste de RMN dirigidos a genes para mostrar la acción génica de ARNm únicos y proteínas de factores de transcripción génica. [ 119 ] [ 120 ] Estos nuevos agentes de contraste pueden rastrear células con ARNm únicos, microARN y virus; respuesta tisular a la inflamación en cerebros vivos. [ 121 ] Los informes de RMN cambian la expresión génica con una correlación positiva con el análisis TaqMan, la microscopía óptica y electrónica. [ 122 ]

resonancia magnética paralela

La adquisición de datos de resonancia magnética (RM) mediante la aplicación secuencial de gradientes de campo magnético requiere tiempo. Incluso para las secuencias de RM más optimizadas , existen límites físicos y fisiológicos en la velocidad de conmutación de gradientes. La RM paralela sortea estos límites al recopilar una parte de los datos simultáneamente, en lugar de hacerlo de forma secuencial tradicional. Esto se logra mediante conjuntos de bobinas detectoras de radiofrecuencia (RF), cada una con una perspectiva diferente del cuerpo. Se aplica un conjunto reducido de pasos de gradiente y la información espacial restante se completa combinando señales de diversas bobinas, según 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 se pueden lograr aceleraciones de dos a cuatro veces con configuraciones de bobinas adecuadas, y se han demostrado aceleraciones sustancialmente mayores con conjuntos de bobinas especializados. La RM paralela se puede utilizar con la mayoría de las secuencias de RM.

Tras varias sugerencias iniciales para utilizar matrices de detectores para acelerar la obtención de imágenes, que pasaron prácticamente desapercibidas en el campo de la resonancia magnética, la obtención de imágenes paralelas experimentó un amplio desarrollo y aplicación tras la introducción de la técnica de adquisición simultánea de armónicos espaciales (SMASH) en 1996-1997. [ 123 ] Las técnicas de codificación de sensibilidad (SENSE) [ 124 ] y adquisiciones paralelas parcialmente autocalibradas generalizadas (GRAPPA) [ 125 ] son ​​los métodos de obtención de imágenes paralelas más utilizados en la actualidad. El advenimiento de la resonancia magnética paralela dio lugar a una extensa investigación y desarrollo en reconstrucción de imágenes y diseño de bobinas de radiofrecuencia, 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.

Reconstrucción mediante aprendizaje profundo

Los enfoques de aprendizaje profundo extienden los métodos de aceleración tradicionales entrenando redes neuronales en grandes conjuntos de datos de escaneos de resonancia magnética (RM) submuestreados y completamente muestreados, lo que permite la reconstrucción de imágenes con factores de aceleración más altos que la imagen paralela clásica por sí sola. En lugar de depender de priors de escasez elaborados manualmente como en la detección comprimida, estos modelos aprenden la reconstrucción directamente a partir de los datos. Un enfoque destacado, la red variacional de extremo a extremo (E2E-VarNet), combina la estimación del mapa de sensibilidad y el refinamiento iterativo en una canalización completamente aprendida, logrando una calidad de reconstrucción de vanguardia en el conjunto de datos de referencia fastMRI tanto para RM de rodilla como de cerebro. [ 126 ] .

La iniciativa fastMRI, una colaboración entre Meta AI Research (FAIR) y NYU Langone Health, estableció el principal referente abierto del campo al publicar más de 1,5 millones de mediciones de resonancia magnética sin procesar de exploraciones de rodilla, cerebro y próstata en 2018. [ 127 ] Los desafíos anuales de fastMRI han comparado la calidad de la reconstrucción entre equipos de investigación internacionales. Un estudio de intercambiabilidad clínica confirmó que la reconstrucción mediante aprendizaje profundo con una aceleración de 4× produce imágenes diagnósticamente equivalentes a adquisiciones con muestreo completo para imágenes de rodilla a 3T, [ 128 ] y estos métodos se han adoptado desde entonces clínicamente en los principales centros médicos. [ 129 ]

Resonancia magnética cuantitativa

La mayoría de las técnicas de resonancia magnética se centran en la interpretación cualitativa de los datos de RM mediante la adquisición de mapas espaciales de variaciones relativas en la intensidad de la señal, ponderadas por ciertos parámetros. [ 130 ] Los métodos cuantitativos, en cambio, intentan determinar mapas espaciales de valores precisos de parámetros de relaxometría tisular o campo magnético, o medir el tamaño de ciertas características espaciales.

Algunos ejemplos de métodos de resonancia magnética cuantitativa son:

La resonancia magnética cuantitativa tiene como objetivo aumentar la reproducibilidad de las imágenes e interpretaciones de resonancia magnética, pero históricamente ha requerido tiempos de exploración más prolongados. [ 130 ]

La resonancia magnética cuantitativa (o RMq) a veces se refiere más específicamente a la resonancia magnética cuantitativa multiparamétrica, que consiste en el mapeo de múltiples parámetros de relaxometría tisular en una sola sesión de imágenes. [ 136 ] Los esfuerzos por hacer que la resonancia magnética cuantitativa multiparamétrica sea más rápida han producido secuencias que mapean múltiples parámetros simultáneamente, ya sea mediante la incorporación de métodos de codificación separados para cada parámetro en la secuencia, [ 137 ] o mediante el ajuste de la evolución de la señal de RM a un modelo multiparamétrico. [ 138 ] [ 135 ]

Resonancia magnética con gas hiperpolarizado

La resonancia magnética tradicional genera imágenes de baja calidad del tejido pulmonar debido a la menor cantidad de moléculas de agua con protones que pueden ser excitadas por el campo magnético. Mediante el uso de gas hiperpolarizado, una resonancia magnética permite 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 las obtenidas con la resonancia magnética tradicional.

Seguridad

La RM es, en general, una técnica segura, aunque pueden ocurrir lesiones como resultado de fallas en los procedimientos de seguridad o errores humanos. [ 139 ] Las contraindicaciones para la RM 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. [ 140 ] Dado que la RM no utiliza ninguna radiación ionizante, su uso generalmente se prefiere a la TC cuando cualquiera de las dos modalidades podría proporcionar la misma información. [ 141 ] Algunos pacientes experimentan claustrofobia y pueden requerir sedación o protocolos de RM más cortos. [ 142 ] [ 143 ] La amplitud y el cambio rápido de las bobinas de gradiente durante la adquisición de imágenes pueden causar estimulación de los nervios periféricos. [ 144 ]

La resonancia magnética utiliza potentes imanes y, por lo tanto, puede provocar que los materiales magnéticos se muevan a gran velocidad, lo que supone un riesgo de proyectil y puede causar accidentes mortales. [ 145 ] Sin embargo, dado que cada año se realizan millones de resonancias magnéticas en todo el mundo, [ 146 ] las muertes son extremadamente raras. [ 147 ]

Las máquinas de resonancia magnética pueden producir un ruido fuerte, de hasta 120 dB(A) . [ 148 ] Esto puede causar pérdida de audición , tinnitus e hiperacusia , por lo que es esencial que cualquier persona dentro de la sala del escáner de resonancia magnética use protección auditiva adecuada durante el examen.

Uso excesivo

Las sociedades médicas emiten directrices sobre cuándo los médicos deben usar la resonancia magnética (RM) en los pacientes y desaconsejan su uso excesivo. La RM puede detectar problemas de salud o confirmar un diagnóstico, pero las sociedades médicas suelen recomendar que no sea el primer procedimiento para elaborar un plan de diagnóstico o tratamiento de la dolencia de un paciente. Un caso común es el uso de la RM para buscar la causa del dolor lumbar ; el Colegio Americano de Médicos , por ejemplo, desaconseja las pruebas de imagen (incluida la RM) por considerar que es poco probable que resulten en un resultado positivo para el paciente. [ 26 ] [ 27 ]

Artefactos

Artefacto de movimiento (estudio coronal T1 de las vértebras cervicales) [ 149 ]

Un artefacto de resonancia magnética (RM) es un artefacto visual , es decir, una anomalía durante la representación visual. Durante la resonancia magnética pueden aparecer diversos artefactos, algunos de los cuales afectan la calidad del diagnóstico, mientras que otros pueden confundirse con patologías. Los artefactos se pueden clasificar como relacionados con el paciente, dependientes del procesamiento de la señal y relacionados con el hardware (equipo). [ 149 ]

Uso no médico

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

Al ser no invasiva y no dañina, la resonancia magnética (RM) puede utilizarse para estudiar la anatomía de las plantas, sus procesos de transporte de agua y su equilibrio hídrico. [ 150 ] También se aplica a la radiología veterinaria con fines diagnósticos. Fuera de este ámbito, su uso en zoología es limitado debido a su elevado coste; sin embargo, puede utilizarse en muchas especies. [ 151 ]

En paleontología se utiliza para examinar la estructura de los fósiles. [ 152 ]

Las técnicas de imagen forense proporcionan documentación gráfica de una autopsia , algo que la autopsia manual no ofrece. La tomografía computarizada (TC) proporciona imágenes rápidas de todo el cuerpo para detectar alteraciones esqueléticas y parenquimatosas , mientras que la resonancia magnética (RM) ofrece una mejor representación de la patología de los tejidos blandos . [ 153 ] Dicho esto, la RM es más costosa y requiere más tiempo para su uso. [ 153 ] Además, la calidad de las imágenes de RM se deteriora por debajo de los 10  °C. [ 154 ]

Historia

En 1971, en la Universidad de 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 , [ 155 ] seguidas de la imagen de un animal vivo, una almeja, y en 1974 de la imagen de la cavidad torácica de un ratón. Lauterbur denominó a su método de imagen zeugmatografía, término que posteriormente fue reemplazado por imágenes de RMN. [ 1 ] A finales de la década de 1970, los físicos Peter Mansfield, de la Universidad de Nottingham , y Lauterbur desarrollaron técnicas relacionadas con la RMN, como la técnica de imágenes ecoplanares (EPI). [ 156 ]

El trabajo de Raymond Damadian en resonancia magnética nuclear (RMN) se ha incorporado a la resonancia magnética (RM), habiendo construido uno de los primeros escáneres. [ 157 ]

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 . [ 158 ] Mansfield y Lauterbur recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2003 por sus "descubrimientos relacionados con la resonancia magnética". [ 159 ]

Véase también

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  • Visita guiada a la resonancia magnética: Introducción para el público general. Laboratorio Nacional de Altos Campos Magnéticos.
  • Conceptos básicos de la resonancia magnética . Física subyacente y aspectos técnicos .
  • Vídeo: Qué esperar durante su examen de resonancia magnética, del Instituto para la Seguridad, la Educación y la Investigación en Resonancia Magnética (IMRSER).
  • Conferencia de la Royal Institution: Resonancia Magnética: Una Ventana al Cuerpo Humano
  • Breve historia de la resonancia magnética desde una perspectiva europea.
  • Cómo funciona la resonancia magnética, explicado de forma sencilla mediante diagramas.
  • Vídeos de resonancia magnética en tiempo real: Biomedizinische NMR Forschungs GmbH .
  • Paul C. Lauterbur, Génesis del cuaderno de resonancia magnética (RM), septiembre de 1971 (todas las páginas están disponibles para su descarga gratuita en diversos formatos en las Colecciones Digitales del Science History Institute en digital.sciencehistory.org ).
  • Imágenes que muestran las primeras resonancias magnéticas y el desarrollo del escáner de resonancia magnética procedentes de los archivos de Manuscritos y Colecciones Especiales de la Universidad de Nottingham.
  • Colecciones de archivo relacionadas con el desarrollo de la resonancia magnética en la Universidad de Nottingham, incluidos los documentos del premio Nobel Sir Peter Mansfield.
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