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Contenidos
• Formación de Imágenes con Resonancia Magnética (RM)
• Variedad de Contrastes obtenidos con RM• Imágenes anatómicas• Imágenes funcionales• Imágenes intervencionales
5
Estado natural de los spins• spin : momento angular característico de una partícula• Mayor interés en RM : el núcleo del hidrógeno
7
Polarización• El porcentaje de spins que se alinean con el campo, depende de
su intensidad
• 1 Tesla = 10 000 GaussCampo magnético de la tierra ≈ 0.5 Gauss1.5 T ≡ 30 000 veces el campo de la tierra
8
Excitación
02 Bf
• B1: campo magnético rotatorio a la frecuencia f de Larmor, específica de los spins a excitar (gyromagnetic ratio )
Núcleo Spin (MHz/T)
H 1/2 42.58
“Pulso Radio Frecuencia” (RF)
• Ángulo de nutación de la magnetización global
duración y amplitud de B1.
10
RelajaciónRelajación transversal T2
(spin-spin)
Relajación longitudinal T1
(spin-lattice)
)(1
21
0yyxxz
z MMTT
MM
dt
duuuBM
M
(ecuación de Bloch)
T2T1
11
Contraste
Tejido T1 a 1.5T [ms]
T1 a 0.5T [ms]
T2 a 0.5T [ms]
Músculo 870 600 47
Hígado 490 323 43
Riñón 650 449 58
Bazo 780 554 62
Grasa 260 215 84
Materia Blanca 920 656 101
Materia Gris 790 539 92
Líquido Cerebroespinal
>4000 >4000 >2000
Pulmón 830 600 79
12
Lectura
• Inducción de una corriente en la bobina receptora, que corresponde a la información de TODOS los SPINS, en todo instante de tiempo!
13
Excitación selectiva
Pulso RF + gradiente de campo magnético
“gradiente de selección de slice” (Gss)
14
Codificación espacial: en frecuencia
• Aplicación de gradientes de campo magnético según
una dirección (Gfreq)
1818
De qué depende la señal
• B0
• Parámetros de acquisición
• Resolución espacial
• Método de acquisición, número de repeticiones, etc.
kTBh 0exp ionMagnetizac
z)yx( voxel del volumen S
2121
Adquisición paralela
• Usando un conjunto de N bobinas
• Codificando la señal con la sensibilidad de cada una
(Pruessmann 1999)
Eimm valores aliados
E matriz de codificación
i valores “reales”aceleración de la adquisición
2424
En perspectiva1946
Bloch & Purcell, fenómeno de RMN (premios Nobel 1952)
1973Primera imágen con RM – Lauterbur (premio Nobel 2003)
1975 Fourier en RM - Ernst (premio Nobel 1991)
1976Primera imágen de RM en vivo – Mansfield (premio Nobel 2003)
En el año 2003, habían aproximadamente 10 000 resonadores en todo el mundo y
se hicieron cerca de 75 millones de exámenes
1983 Resonador comercial de cuerpo completo
1988 Angiografía con RM
1992 fMRI1er resonador de cuerpo entero
Damadian 1977
3131
Tendencia
• # Instalación / año– > 2000 de 1.5 T– 600 de < 0.5 T– 200 de 3 T
(Haase, ISMRM 2006)
33
Diversidad de contraste• Intrínseco: contraste T1, T2 o densidad protónica
3/12/2004
The Whole Brain Atlas
http://www.med.harvard.edu/AANLIB/home.html
T1 T2 PD
34
Buena información anatómica Imagen de referencia anatómica
Distintos procesamientos posibles a partir de la anatomía
3/12/2004
T2 + CBF
www.brainvisa.info
35
Más contraste: con agente de contraste
3/12/2004
• Gadolinio, compuesto paramagnético, acorta el T1 hiperseñal
• restringido en el compartimiento vascular
• Superparamagnetic Iron Oxide (SPIO)lesiones hepáticas
Philips
Kim 2004
37
Posible cuantificación• Perfusión
irrigación de los tejidos
• bolus-contrast tracking• Perdida de señal en imágenes T2
(T2*)
Cerebral Blood Volume (CBV) Cerebral Blood Flow (CBF)MTT (Mean Transit Time)
Stroke, tumors, etc
3/12/2004
41
…o lo más pequeño…
• Vessel wall:
• Pared de los veseles coronarios en seres humanos
3/12/2004
Botnar 2001
• Reconstrucción 3D de la bifurcación de la carótida
Long 2003
(0.78 x 0.78 x 1 mm3
total imaging time 15 min)
(0.625 x 0.625 x 1 mm3
total imaging time 10 min)
42
…aún más pequeño…
• Cell labeling
• Agente de contraste ultra pequeño ( nm) dextran-coated iron oxide particles (USPIO)
• Superparamagnético distorsiona el campo magnético a un nivel mucho más grande que su propio tamaño
detección de receptores monitoreo de migración de células
3/12/2004
Shapiro 2004
43
…y hacia lo más invisible• Pulmón• Inhalación de gases
hiperpolarizados (He3)
3/12/2004
Wild 2004(1.7 x 3.8 x 4 mm3)
44
De lo más estático …• Huesos
– Difícil : poca señal disponible
– Distintos métodos Bone Mineral Density
(BMD)– ¡No irradiante!
3/12/2004
Kose 2004
Philips 2004(T1 – 2 min)
45
…hacia lo más movil
• Corazón– Cine imaging– Posibilidad de estudiar la función
cardíaca– Posible cuantificación:
• Tamaño de las paredes• Velocidad de flujo• etc
– Patologías de las válvulas
3/12/2004
(2.42 x 2.52 mm2
32 frames/s)
Tsao 2003
46
Lo móvil a nivel microscópico• Imágenes de difusión
– Movimiento aleatorio de las moléculas
– Exploración de la micro-estructura de los tejidos
3/12/2004
DbeSS .0
cuantificación
tiempodDtR 22
Le Bihan 2003
47
Difusión: información multi-direccional
3/12/2004
T1 Mean Diffusivity
AnisotropíaDirección principal
48
Difusión
3/12/2004
• Esclerosis múltiple (Assaf 2002)• Enfermedad de Alzheimer (Hanyu 1997)• - de Creutzfeld-Jakob (Bahn 1999)• Tumores cancerígenas (Le Bihan 1993)• Maduración del cerebro (Neil 2002)• Estudio de los mecanismos de recuperación de la espina dorsal (Bonny 2004)
(Poupon 2000)
« Tracking » de fibras de materia blanca
Accidente Vascular Cerebral
MRI convencional Difusión
(Willinek 2003)
49
Difusión: distintas estructuras
3/12/2004
Ries 2001
anisotropía MD
RiñónEspina dorsal
Ries 2000
DWT2
51
Hacia la medida de la función del cuerpo
• Espectroscopía– Hay mucho más que el H del agua
– Según su entorno electrónico, la frecuencia de resonancia de los compuestos va a cambiar
cuantificación
3/12/2004
Nuclei Net Spin (MHz/T) 1H 1/2 42.58
2H 1 6.54
31P 1/2 17.25
23Na 3/2 11.27
14N 1 3.08
13C 1/2 10.71
19F 1/2 40.08
frecuencia
52
Espectroscopía: imágenes metabólicas
• Hacia una comprensión de las patologías neurodegenerativas, del ciclo energético de la activación neuronal
• Caracterización posible de gliomas
3/12/2004
T1 + gado (@1.5 T)T2 (@3 T)
Rabinov 2002
54
BOLD effectBlood Oxygen Level Dependant
(BOLD)
• Durante la actividad neuronal consumo de oxígeno flujo sanguino razón de hemoglobina
oxigenada / desoxigenada• Hb desoxigenada: paramagnética
señal durante la actividad neuronal
3/12/2004
Ciuciu 2004, www.madic.org
haemodynamic response function (HRF)
55
Mapas de activación• Problemas
– “lento” (proceso 1 – 2 s)– “borroso” ( 1 -- 2 mm3)– Relación precisa entre señal
BOLD y actividad neuronal todavía no definida
• Pero herramienta preciosa
– Ciencias cognitivas– Siquiatría– Pre-operatoria
3/12/2004
Pallier 2002
Estudio de comprensión del lenguaje
56
MRI intervencional: guiding and monitoring
• Resonadores abiertos MRI intraoperatorio
• Aplicaciones• MR-Guided Biopsy• MR-Guided Vascular Interventions • MR-Guided Neurosurgery
• Combinación con otras técnicas• MR-Guided Focused Ultrasound• MR-Guided Microwave Therapy of the Liver
3/12/2004
Nimsky 2004
57
MRI intervencional
3/12/2004
Siemens (Konig)
MRI guided bone biopsy
Siemens (Gellermann)
MRI temperature mapping
59
En resumen
• Resolución: temporal 100 ms /imágenespacial ½ -- 1 mm
• No invasivo• Múltiples contrastes, en la totalidad del cuerpo
• Inaccesible para algunos pacientes (pacemaker, implantes ferromagnético, etc)
• Para algunas aplicaciones: información con menor señal que otra modalidad de imagen (huesos vs. rayos X)
• Costo aún elevado
3/12/2004
++
- -
60
De donde venimos…1946
Bloch & Purcell, fenómeno de RMN (premios Nobel 1952)
1973Primera imágen con RM – Lauterbur (premio Nobel 2003)
1975 Fourier en RM - Ernst (premio Nobel 1991)
1976Primera imágen de RM en vivo – Mansfield (premio Nobel 2003)
3/12/2004
En el año 2003, habían aproximadamente 10 000 resonadores en todo el mundo y se hicieron cerca de 75 millones de exámenes
1983 Resonador comercial de cuerpo completo
1988 Angiografía con RM
1992 fMRI
1er resonador de cuerpo entero
Damadian 1977
61
…y hacia donde vamos• Mejorar las máquinas
• Aumento de la comodidad (ruido, claustrofobia, etc)• Resonadores Magnéticos de bajo costo• Combinación con distintas técnicas (EEG + MRI, etc)• Alto Teslaje (básicamente más señal mejor resolución, etc. PERO …)
• Necesidad de mejorar al mismo tiempo las adquisiciones en sí mismas
• Disminuir los artefactos• Exploración de nuevos contrastes• Determinación de las relaciones precisas de los contrastes ya existentes• Imágenes en tiempo real• Post procesamiento
• Ampliar las aplicaciones• Patologías• Mejor conocimiento del cuerpo humano
3/12/2004