Imágenes nítidas La resonancia magnética...técnicos en secuencias de pulso y en el desarrollo de antenas de radiofrecuencia y de bobinas de gradiente, la resonancia magnética

La física en medicina

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estructura anatómica tanto en la sa-lud como en muchas de sus enfer-medades, y en forma más importanteen el mapeo del funcionamiento delcerebro humano. México se encuen-tra entre los cuatro primeros paísesen el mundo en donde se instaló unsistema de resonancia magnética para uso clínico en humanos. A par-tir de ese momento, a principio delos años ochenta, el número de siste-

mas ha crecido de manera insospechada. Actualmente con-tamos con aproximadamente cien unidades en todo el país, lamayoría en hospitales y clínicas privados. Gracias a esta in-fraestructura existente, el uso de dicha técnica para el estudioy diagnóstico de muchas enfermedades es, en México, poten-cialmente alto.

INTRODUCCIÓN

Durante muchos años, la técnica de resonancia magnética nuclear (RMN) fue usada principalmente para hacer análisisespectroscópico en química. A principio de los años setenta,Damadian y Lauterbur, en los Estados Unidos, y de manera in-dependiente Mansfield, en la Gran Bretaña, propusieron usaresta técnica para generar imágenes. En un principio, la técnicano gozó de amplia aceptación dentro de la comunidad médica,a causa de los largos tiempos de obtención de la imagen y su alto costo. La falta de experiencia en su uso, por otro lado, llevó a conclusiones erróneas en su aplicación médica en áreas

RESUMEN

oy en día la imagenología por reso-nancia magnética está consideradacomo una de las técnicas de más al-ta resolución anatómica, y es básica

para el diagnóstico de gran número de desór-denes y enfermedades. Además, ha mostradogran utilidad para el estudio fisiológico y me-tabólico de muchos problemas que aquejan alhombre. Es, sin duda, la técnica imagenológi-ca (de obtención de imágenes) clínica que hatenido más desarrollo y crecimiento, sólocomparable con técnicas como el ultrasonidoo con la tomografía axial computarizada. Enparticular, la resonancia magnética ha experi-mentado un desarrollo sobresaliente en laimagenología del sistema nervioso central(SNC), específicamente en el estudio de su

Imágenes nítidas

La resonancia magnética

La imagenología por resonancia magnética sebasa en que la diferencia entre los estados deenergía de ciertos núcleos atómicos someti-dos a un campo magnético externo dependede la magnitud de dicho campo.

Alfredo O. Rodríguez, Rafael Rojas, Perla Salgado, Julián Sánchez-Cortázar y Fernando A. Barrios

H

Resonancia magnética

cado entre un punto y otro, se estará variandola energía de la radiación emitida o absorbidapor los núcleos. De esta manera, podemosasignar a cada señal cierta posición. En la Fi-gura 1 se muestra de manera esquemática laforma en que la señal de resonancia magnéti-ca es generada por un pulso de radiofrecuencia(RF), que provoca una excitación controladade los núcleos de hidrógeno, que posterior-mente al regresar a su estado no excitado emi-ten radiofrecuencias a partir de las que seconstruye la imagen.

Dado que la imagenología por resonanciamagnética está diseñada para obtener imáge-nes del cuerpo humano, comenzaremos expo-niendo lo que experimenta un sujeto dentroun instrumento de resonancia magnética.Cuando ciertos núcleos atómicos muy abun-dantes en el cuerpo humano —por ejemplo, eldel hidrógeno—, son colocados dentro decampos magnéticos externos constantes, sealinean con el campo magnético y pasan a unestado de menor o de mayor energía. La dife-rencia entre estas dos energías es proporcionala la intensidad del campo magnético externoaplicado. A este fenómeno se le denominaefecto Zeeman.

Ahora bien, los protones o núcleos de hidrógeno se pueden alinear en dos formas distintas: en dirección paralela al campo o endirección opuesta a él (antiparalela), alcan-zando los diferentes niveles de energía posi-bles que, en este caso particular, la naturaleza

como los estudios de médula espinal. Actualmente, la image-nología por resonancia magnética es el método de imagen mé-dica de mayor resolución anatómica, en todas aquellas áreas del cuerpo humano con alta densidad de tejido y con pocas in-terfases tejido-aire, que afectan la homogeneidad local delcampo magnético.

En México se instaló una de las primeras máquinas de reso-nancia en el Hospital Universitario de Nuevo León. El equipocolocado fue un sistema prototipo FONAR que, en ese mo-mento, no contaba con la autorización correspondiente de laFood and Drug Administration (Dirección de Alimentos y Dro-gas del gobierno federal de los Estados Unidos), por lo que nopodía ser utilizado en los Estados Unidos como instrumento clí-nico. Actualmente la aplicación principal de la resonanciamagnética se encuentra en la generación de imágenes del sis-tema nervioso central o neuroimagen. Gracias a los avancestécnicos en secuencias de pulso y en el desarrollo de antenasde radiofrecuencia y de bobinas de gradiente, la resonanciamagnética puede competir con técnicas tradicionalmente usa-das en imagen cardiovascular, musculoesquelético e imagenfuncional. Sin embargo, la mayor repercusión de este desarro-llo tecnológico, durante la reciente década, se ha dado sin duda en la imagen funcional por resonancia magnética delSNC, o mapeo de función cerebral. Actualmente el mapeo dela función cerebral en humanos está casi totalmente dominadopor la resonancia funcional, gracias a su carácter no invasivo ya su alta resolución espacial.

LA IMAGENOLOGÍA Y LA ESPECTROSCOPÍA POR RESONANCIA MAGNÉTICA

La imagenología y la espectroscopía por resonancia magnéticapertenecen a un grupo de técnicas basadas en el fenómeno de laresonancia magnética nuclear del protón, o núcleo del átomo dehidrógeno. En particular, la imagenología por resonancia mag-nética es una técnica tomográfica para la generación de imáge-nes de muy alta resolución, que brinda información física y quí-mica mediante el uso de la señal de resonancia magnéticanuclear. El fenómeno que dio origen a la señal de resonanciamagnética nuclear fue descubierto de manera independientepor Bloch y Purcel en 1946.

La imagenología por resonancia magnética se basa en que ladiferencia entre los estados de energía de ciertos núcleos ató-micos sometidos a un campo magnético externo depende de lamagnitud del campo: si se hace variar el campo magnético apli-

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La imagenología por resonancia magnética es el método de imagen

médica de mayor resolución anatómica


permite al protón; y como existen másprotones apuntando en la dirección para-lela al campo externo (estado de menorenergía) que aquellos alineados en formaantiparalela, entonces se genera ciertamagnetización.

Los núcleos, entre otros componentes,poseen protones que tienen su propio cam-po magnético, de tal suerte que se puedepensar en éstos como si fueran pequeñasbarras de imanes. Además, los protones gi-ran alrededor de su eje, por lo que decimosque poseen un espín o giro. Cuando el pro-tón se encuentra expuesto a un campomagnético externo, su espín oscila alrede-dor de su eje en un movimiento llamadoprecesión, que depende de la intensidad delcampo magnético que se aplica. Finalmen-te, se produce un campo magnético longi-tudinal en el paciente, campo que no pue-de medirse de manera directa.

En caso de equilibrio térmico, el núme-ro de núcleos en estado de mayor energía

es ligeramente menor que el número de núcleos en estado demenor energía. Un núcleo en estado de mayor energía puedecaer a un estado de menor energía y emitir un fotón (partículade luz), con una energía igual a la diferencia entre los dos esta-dos. En el caso de que un núcleo pase del estado de menor ener-gía al de mayor energía, absorberá un fotón con energía igual ala diferencia de energía entre los dos estados. Este fenómenosucede al aplicar pulsos de radiofrecuencia con la misma fre-cuencia que los protones, para que se absorba energía de las on-das de radio y ocurra el fenómeno de resonancia. Por lo tanto,algunos núcleos en estado de menor energía absorberán los fo-tones y brincarán al estado de mayor energía, destruyéndose asíel equilibrio térmico. Inmediatamente después de que los foto-nes fueron absorbidos, los núcleos restantes del estado de mayorenergía regresarán al estado de menor energía para recuperar elequilibrio, emitiendo campos electromagnéticos que puedenser detectados por antenas de radiofrecuencia. En general, lospulsos de radiofrecuencia hacen decrecer la magnetización lon-gitudinal y crean una magnetización transversal nueva, obli-gando a los protones a girar de manera sincronizada y en fase.

Una vez que el pulso de radiofrecuencia deja de operar, lamagnetización longitudinal comienza a incrementarse de nuevo


Figura 1. Descripción esquemática del proceso de ge-neración de la señal de resonancia magnética. En a.los protones, representados por "trompos", se alineande forma paralela o antiparalela dentro del campo mag-nético: las direcciones son todas paralelas, pero susproyecciones pueden apuntar en direcciones opuestas.En b. se envía una señal de radiofrecuencia (RF) exac-tamente sintonizada con la frecuencia de giro de los"trompos" (frecuencia de Larmor). Como resultado dela absorción de esta señal, los "trompos" cambian sudirección de giro (precesan), al aumentar su energíacomo resultado de la absorción de la radiofrecuencia,en c. En d. se aprecia la aplicación de una variación lo-cal en el campo magnético (usando gradientes de cam-po); esta variación local hace que distintos "trompos"(protones) localizados en distintos tejidos tengan con-diciones de resonancia diferentes. El estado al quequieren regresar los protones es al de estar alineadosal campo magnético externo, pero sólo pueden hacer-lo si emiten la energía de excitación en forma de on-das de radio, las cuales son detectadas por las antenaslocalizadas en forma adyacente a la región de inte-rés. Las señales recibidas tendrán diferentes frecuen-cias dependiendo del tejido desde donde se emitieronlas ondas. De esta forma, la imagen se construye al di-gitalizar y procesar todas las señales recibidas, dandodistintos tonos de gris en la imagen.

a b

c d

Imán

Pulso de RF Gradiente

de campo

Señal

Conductor Receptor

Reconstrucciónde imagen



hasta llegar a su estado inicial (fenómeno de relajación). La ener-gía liberada es transferida a los átomos de los alrededores; lamagnetización transversal decrece y desaparece como conse-cuencia de la interacción de los núcleos circundantes, que por lainteracción se salen de fase,es decir, giran de manera dis-tinta entre sí, ocasionandoque la señal se debilite poco apoco. En consecuencia, losprotones pronto se encuen-tran fuera de fase. Estas va-riaciones son característicasde cada tejido.

Dado que la frecuencia delas señales electromagnéticasemitidas está determinadapor la diferencia de energíade los dos estados del núcleoy por el decaimiento de lasseñales —el cual depende desu ambiente molecular—, la señal de resonancia magnética nu-clear recibida por la antena de radiofrecuencia puede analizarsepara estudiar las propiedades del núcleo y de su entorno.

IMAGENOLOGÍA Y ESPECTROSCOPÍA CEREBRAL

La exitosa aplicación de la imagenología y de la espectroscopíapor resonancia magnética en el estudio de algunas enfermeda-des del cerebro han abierto el camino para su desarrollo. Hoyen día es posible generar imágenes y espectros del cerebro hu-mano para estudiar enfermedades como la de Huntington y lade Alzheimer, entre otras. La imagenología y la espectroscopíapor resonancia magnética poseen la importante característicade ser técnicas no dañinas para el paciente, aun utilizandograndes intensidades del campo magnético. En la Figura 2 apa-recen dos formas distintas de generar imágenes por resonanciamagnética, usualmente empleadas en la práctica clínica diaria.

IMAGENOLOGÍA FUNCIONAL

Angiografía neurológica

Esta técnica es la combinación de un método sensible al flu-jo con un procedimiento de imagenología por resonanciamagnética capaz de generar imágenes en tiempo real, método

Figura 2. Imágenes por resonancia magnética de unsujeto control. Estas imágenes de alta resolución pesadasa T1 (tiempo de relajación longitudinal) fueron adquiri-das en dos planos distintos de corte, en a. axial, y coro-nal en b. En la actualidad, imágenes de este tipo sonusadas en forma cotidiana en estudios clínicos en todo elmundo. [F. A. Barrios (2000), "Virtual Brain Bank, a pub-lic collection of Classified Head MRI", Proceedings of 4th

Mexican Symposium on Medical Physics, Mérida, Yucatán,México, American Institute of Physics ConferenceProceedings 538, pp. 161-167.]

Si el protón se exponea un campo magnéticoexterno, su espín oscila

en un movimientollamado precesión

a b



que permite cuantificar el flujo sanguíneo en arterias y venas.A manera de ejemplo, en la Figura 3 se muestra la angiorre-sonancia de un hombre de edad mediana.

IMAGENOLOGÍA DE DIFUSIÓN

La difusión se puede definir como el movimiento aleatorio detranslación de las moléculas en un fluido. La difusión en el ce-rebro está determinada por los componentes microestructuralesdel tejido, tales como las membranas celulares y los organelos.

Las técnicas de difusión toman como parámetros importan-tes la cantidad y la dirección del movimiento browniano (alea-torio) de los protones de agua libres. Este tipo de movimientoes influido por la organización estructural y por la integridaddel tejido.

Los procesos patológicos que modifican la integridad de untejido pueden causar un incremento en la difusión de molécu-las, por la pérdida de las barreras naturales del tejido, y poten-cialmente generar imágenes que ofrecen información del tama-ño, forma y orientación de los tejidos enfermos.

La imagenología de difusión resulta de gran importanciaclínica para valorar pacientes con isquemia (falta de irrigaciónsanguínea) cerebral. Con esta técnica imagenológica es po-sible localizar y medir el tamaño de algún proceso isquémicotemprano con mayor precisión que con cualquier otra meto-dología estándar de imagenología por resonancia magnética.Este tipo de secuencias puede darnos una estimación cuantita-tiva del grado de daño sufrido por el tejido, aparte de mejorarla comprensión de los mecanismos que causan daños irreversi-bles. Además, es capaz de generar un contraste característicode los tejidos, basado en un fenómeno distinto al relacionadocon las imágenes convencionales de resonancia magnética.

Figura 3. La técnica de angiorresonancia está basadaen secuencias de pulso que favorecen la detección deseñal de aquellos protones que están en movimiento,por ejemplo, los que están presentes en la sangre deun sujeto en estudio. Estas técnicas se conocen como"tiempo de vuelo", y están ajustadas para acentuar el efecto de tejidos en "flujo" (tejido sanguíneo). Pormedio de software especializado incluso se puede distinguir entre el flujo venoso o el flujo arterial, ytambién se pueden reconstruir como técnicas bidi-mensionales (2D-TOF, bidimensional-time of flight) otridimensionales (3D-TOF). En a. se muestra una ima-gen de angiorresonancia del polígono de Willis de unsujeto sano 40 años de edad, vista 2D axial; y vistalateral en b. Las imágenes fueron adquiridas en el sis-tema G. E. Signa LX de 1.5 T del Hospital ABC, en lasque se utilizó la secuencia 2D-TOF.

La imagenologíay la espectroscopía

por resonancia magnéticason técnicas no dañinas

para el paciente

a

b



A pesar de su reciente introducción en el medio clínico, es-tas técnicas han mostrado su gran utilidad en la práctica. Conlas secuencias de difusión es posible: a) discriminar entre ede-mas citotóxicos y vasogénicos, b) detectar tempranamente losinfartos infantiles, c) diferenciar cambios isquémicos recientes.Los cortos tiempos de obtención de las imágenes la conviertenen una metodología muy popular, que se vuelve aún más atrac-tiva cuando se combina con la imagenología ecoplanar. Estatécnica de imagen ecoplanar es en la actualidad muy variada,pero en principio es una técnica extrarrápida que se caracteri-za por registrar en una sola excitación de radiofrecuencia uncomponente completo del espacio de las frecuencias (espacio-fase). Esto se logra gracias a que el espacio-fase, en estas técni-cas, se registra usando una trayectoria alternada o de zig-zag.

IMAGENOLOGÍA DE PERFUSIÓN

La perfusión se puede definir como el volumen de sangre quepasa a través de cierta masa de tejido en un tiempo determina-do. Cuando en el suministro de sangre al tejido cerebral apare-cen fallas, éstas son señal de algún tipo de enfermedad vascularo de actividad metabólica anormal. La imagenología por reso-nancia magnética ofrece los medios para caracterizar la red vas-cular y determinar la tasa a la que fluye la sangre a través deltejido. La perfusión es una cantidad fisiológica básica indepen-diente de los parámetros que rigen la adquisición de la imagende resonancia magnética. Este tipo de técnica imagenológicahace uso de la disminución de la señal conforme el agente pa-ramagnético de contraste transita por los tejidos: puede medirparámetros hemodinámicos como el tiempo de tránsito medio,el volumen relativo cerebral y el flujo. Con esta información esposible construir mapas de perfusión del cerebro entero. La téc-nica se ha empleado para describir la hemodinamia del pacien-te con infarto cerebral o con estados de estenosis (estrecha-miento arterial).

TÉCNICA DE OXIGENACIÓN SANGUÍNEA DEPENDIENTEDEL NIVEL (blood oxigenation level dependent)

Probablemente el tema de mayor impacto en el estudio del siste-ma nervioso central es el mapeo de la función cerebral a partirde resonancia magnética, ya que al compararla con las técnicascomúnmente usadas para este propósito —la tomografía por emi-sión de positrones y la tomografía por emisión de un solo fo-tón—, la técnica de resonancia magnética funcional no expone

al paciente a radiación ionizante, como es elcaso de la tomografía por emisión de positro-nes y de la tomografía por emisión de un solofotón. La resonancia magnética funcional sepuede separar en dos grandes técnicas: las queusan factor de contraste de origen externo ylas que usan uno de origen interno. Es un ca-so fortuito de la naturaleza que los seres hu-manos contamos con un factor de contrastepara resonancia magnética: nuestra hemoglo-bina, la proteína transportadora de oxígenoque se encuentra en los glóbulos rojos. La he-moglobina cambia en forma significativa suestado de magnetización cuando cambia su es-tado de oxigenación; es decir, gracias a sucontenido de hierro, cuando la hemoglobinacambia de un estado oxigenado a un estadodesoxigenado —después de llevar oxígeno altejido que lo requiere—, cambia su magneti-zación en varios órdenes de magnitud, y por lotanto cambia su respuesta a las técnicas deimagen por resonancia magnética.

El objetivo principal de la imagenologíafuncional por resonancia magnética es ma-pear la actividad neuronal del cerebro. Estemétodo está basado en la detección de las al-teraciones fisiológicas secundarias al iniciode la actividad neuronal. La actividad cere-bral incrementa el flujo de la sangre compa-rativamente con el incremento del consumode oxígeno: la oxigenación se incrementacomo resultado de la actividad cerebral. Este

La imagenología de difusiónresulta de gran importancia

clínica para valorar pacientescon isquemia cerebral

fenómeno ha dado origen a la técnica imagenológica conoci-da como de oxigenación sanguínea dependiente del nivel. Es-ta técnica se encuentra entre las más usadas alrededor delmundo dentro de la imagenología funcional por resonanciamagnética. Esta técnica emplea hemoglobina como fuente decontraste. El hierro ferroso de la desoxihemoglobina es para-magnético, pero se convierte en magnético en la oxihemoglo-bina. Cuando los glóbulos rojos que contienen desoxihemo-globlina se encuentran sometidos a un campo magnético, sepresenta distorsión del campo magnético que los rodea. A es-te fenómeno se le denomina susceptibilidad magnética, y ocurrecuando la sangre está completamente desoxigenada. A estas

técnicas se ha agregado la espectroscopía en vivo por resonan-cia magnética, que provee información metabólica adicionalde los tejidos del cerebro.

En la actualidad, en México se llevan a cabo un par de pro-yectos de investigación en el mapeo de función cerebral. Enparticular en la Figura 4 se muestran mapas funcionales en lamédula espinal de sujetos sanos. En estos estudios se pretendemapear la activación motora y somatosensorial en las extremi-dades superiores, en el área medular, a nivel de la sexta vér-tebra cervical.

ESPECTROSCOPÍA EN VIVO

La espectroscopía en vivo de humanos se hizo posible a princi-pio de los años 1980 con la llegada de imanes de cuerpo ente-ro de alta homogeneidad e intensidad de campo magnético(1.5 teslas o más). Al respecto, los sistemas de cuerpo enterode 3 teslas aprobados en Estados Unidos para uso clínico ven-drán a mejorar la calidad de los espectros y de las imágenes.

Los primeros estudios se enfocaron en los núcleos de fós-foro, dado que es el elemento que más fácilmente se puede



La imagenologíapor resonancia magnéticapuede caracterizar la red

vascular y determinarla tasa a la que fluye

la sangre

Figura 4. Imágenes que muestran los mapas de acti-vidad (en color), en médula espinal, durante una tareamotora de la mano derecha, superpuestos a una ima-gen anatómica del mismo sujeto (imágenes en tonosde gris). Estas imágenes fueron obtenidas en elHospital ABC, con un sistema G. E. Signa LX de 1.5 tes-las. En la imagen del lado derecho es posible observarel efecto del drenaje venoso en la señal fuera de lamédula. [D. Morales, R. Rojas y F. A. Barrios (2001),"Mapping of the motor and sensory activity in thehuman spinal cord with functional MRI", Proceedings of5th Mexican Symposium on Medical Physics, Juriquilla,Querétaro, México, American Institute of PhysicsConference Proceedings 593, pp. 167-169.]



detectar desde el punto de vista técnico. Por ello se desarro-llaron algunos métodos de localización espacial para estudiarimportantes neuropatologías, como los tumores cerebrales y elinfarto, entre otros. Sin embargo, este sistemamuestra dos desventajas: a) su baja sensibilidad yb) la baja concentración de fósforo contenida enlos compuestos.

La resolución espacial de la espectroscopía envivo está limitada principalmente por la rela-ción entre señal y ruido. Esto implica que la uni-dad de volumen mínima que puede distinguirpara un cerebro estándar es de 30 cm2, emplean-do una técnica convencional y un sistema de 1.5teslas. Por lo tanto, la técnica se puede aplicarsolamente a lesiones muy grandes o a enferme-dades difundidas o globales.

En los años más recientes, el interés por laespectroscopía de resonancia magnética de pro-tones ha crecido, después de que se demostró laposibilidad de generar espectros de muy alta re-solución de regiones pequeñas y bien definidasen tiempos relativamente cortos (véase la Fi-gura 5). Sus aplicaciones más importantes secentran en la espectroscopía de resonancia mag-nética del cerebro en vivo. Las principales pato-logías del cerebro, además de otras enfermedades, se han estu-diado con espectroscopía de resonancia magnética, y se hanobtenido resultados importantes para el estudio de varias enfer-medades cerebrales.

La combinación de estos dos grupos de técnicas (imágenes yespectros) de resonancia magnética nos ofrece la posibilidad deobtener información estructural, metabólica y funcional de lostejidos del cerebro. Por un lado, las imágenes en cortes axial, sa-gital y coronal, nos da información estructural (imágenes anató-micas) y funcional (imágenes de difusión, flujo y perfusión). Porotro lado, los espectros nos ofrecen información bioquímica deregiones bien definidas por las imágenes. La espectroscopía nosbrinda un puente entre la imagen y el metabolismo. Esta últimainformación se añade a la generada por las imágenes para pro-ducir conjuntamente una herramienta de estudio más sólida(véase la Figura 6).

En la actualidad, la espectroscopía en vivo se distingue pormostrar los resultados mediante gráficas que representan laconcentración de las diversas sustancias que se presentan en elorganismo. En particular, en el caso del sistema nervioso central,

Figura 5. Espectros por resonancia magnética de pro-tones de pacientes con la enfermedad de Huntington(HD) y voluntarios sanos (HV). El área de interés dedonde se obtuvo muestreo de señal de resonancia selocalizó sobre la cabeza del núcleo caudado, inclu-yendo partes de la cápsula interna y del putamen. Se emplearon dos secuencias: Point Resolve Spectros-copy (PRESS) y Stimulated-Echo Acquisition Mode(STEAM). El muestreo se tomó en esta localizaciónporque se sabe que en la enfermedad de Huntingtonlos procesos degenerativos afectan los gangliosbasales. [F. A. Barrios, A. O. Rodríguez, R. Rojas, J.Fernández, M. Alonso, G. Reynoso y J. Sánchez-Cortázar (2000), "1H-MRS and diffusion-weightedimaging correlated to behavioral studies in Hun-tington’s disease", Proceedings of The 8th ScientificMeeting and Exhibition of the International Society ofMagnetic Resonance in Medicine, p. 1142, Denver,Colorado; y A. O. Rodríguez, "1H-MRSI applied to studyHuntington's disease", Proceedings of 4th MexicanSymposium on Medical Physics, Mérida, Yucatán, Méxi-co, American Institute of Physics, pp. 168-173.]

Press:HD HV

NAA

ChoCr

Steam:HD HV



en campos de 1.5 teslas se localizan sin dificultad cuatro me-tabolitos con concentraciones estándar en el caso de los huma-nos: el N-acetil-aspartato, con la concentración más alta, lacreatina, la colina y el lactato, que aparece muy bien localiza-do en casos de nódulos con muerte celular. En campos magné-

ticos más altos (3 y 7teslas), la espectros-copía en vivo porprotones toma un carácter totalmentedistinto y de segurose convertirá en elfuturo de este tipo deestudios. Hoy, ese fu-turo ya se puede vi-sualizar con los resul-tados que se obtienencon esta técnica tanimportante de análi-sis de tejidos en vivoen instrumentos co-mo el del Hospital

ABC de México, D. F. En la actualidad se pueden tomar señales de espectroscopía de volúmenes que cubren un corte completo del cerebro, y en estos datos se pueden plasmar mapas de concentración de metabolitos con escala de color,como los que se muestran en las imágenes de la Figura 6.

INVESTIGACIÓN EN IMAGENOLOGÍA POR RESONANCIA MAGNÉTICA EN MÉXICO

Durante el año de 1996, Fernando Barrios (físico) del Centrode Neurobiología de la UNAM y Rafael Rojas (médico neuro-rradiólogo) del Hospital ABC comenzaron a reunirse para ini-ciar una colaboración de investigación sobre imagenología porresonancia magnética. Como resultado de estas reuniones, en launidad de Resonancia Magnética del Hospital ABC de la ciu-dad de México se efectuó el primer estudio por resonancia mag-nética funcional, por medio de la técnica de contraste por cam-bio de estado de oxigenación en la hemoglobina (oxigenaciónsanguínea dependiente del nivel), que, como se señaló, es latécnica más usada en la actualidad en gran número de centrosde investigación básica y clínica para visualizar la activacióncerebral en humanos, durante la realización de alguna tareaespecífica. En 1998, Alfredo Rodríguez, recién incorporado a la

Figura 6. Imágenes por espectroscopía de protones porresonancia magnética (magnetic resonance spec-troscopy), adquiridas en un sistema G. E. Signa LX de1.5 teslas en el Hospital ABC. La imagen a. muestra unacarátula de color sobrepuesta a una imagen de alta re-solución a T1. Los tonos de color están ponderados deacuerdo con la concentración de N-acetil-aspartato. Enla imagen b. la carátula de color está ponderada en lamisma escala de tonos de color a la concentración dela creatina.

El objetivo principal de laimagenología funcional

por resonancia magnética es mapear la actividad neuronal del cerebro

a b



dades importantes que las antenas de radio-frecuencia deben cumplir para obtener unabuena calidad de imagen: poseer un buen co-ciente de señal para ruido y generar un cam-po uniforme en el volumen de interés.

ANTENAS SUPERFICIALES DE RADIOFRECUENCIA

Las antenas superficiales no envuelven lamuestra de la que se desea generar una imagen:generalmente se colocan en la superficie delpaciente. La buena calidad de señal que deellas se recibe se ve limitada a la región su-perficial, que tiene dimensiones similares al tamaño de la antena.

Las antenas superficiales fueron inicial-mente utilizadas en espectroscopía por reso-nancia magnética en vivo, donde las respuestaslocalizadas permitieron obtener espectros deun órgano o de un tejido en particular. Sinembargo, las propiedades de la imagen deter-minan las características de diseño de las an-tenas. Las imágenes generadas por antenas de radiofrecuencia superficiales usualmentetienen distribuciones de intensidad que noson uniformes, por lo que los elementos de laimagen cercanos a las antenas aparecen muybrillantes; y en los que están alejados de la su-perficie, la intensidad decrece rápidamente. Apesar de esta limitación, las imágenes puedenser de gran calidad en tanto la región de inte-rés se encuentre cerca de la antena.

Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa después dehaber finalizado sus estudios de doctorado en Inglaterra bajo ladirección de Peter Mansfield, entró en contacto con el grupodel Hospital ABC-Centro de Neurobiología de la UNAM, ycasi de inmediato comenzó a colaborar con este grupo de ima-genología por resonancia magnética recientemente creado, enel diseño y construcción de antenas de radiofrecuencia.

DESARROLLO DE ANTENAS DE RADIOFRECUENCIA

El estudio por resonancia magnética del cerebro requiere el di-seño de secuencias de pulsos y antenas de radiofrecuencia paraobtener información relevante tanto de enfermedades como desu funcionamiento sano. Esta situación impone la necesidad de investigar nuevos diseños de antenas de radiofrecuencia ca-paces de generar imágenes y espectros de alta calidad para eldiagnóstico médico.

SISTEMA DE RADIOFRECUENCIA

Las antenas de radiofrecuencia son consideradas como unaparte integral de un sistema por resonancia magnética paraimagenología médica. En él, las antenas de radiofrecuencia tienen dos funciones importantes: excitar los espines de las par-tículas del núcleo atómico y detectar la precesión nuclear queresulta de ello. Durante la excitación, la antena convierte lapotencia de radiofrecuencia en un campo magnético transver-so rotatorio, dentro del volumen del que se procederá a produ-cir una imagen. Para el caso de la recepción, la antena convier-te la magnetización nuclear en una señal eléctrica para suposterior procesamiento. En ocasiones, una sola antena puederealizar la tarea de transmisión y recepción; a éstas se les llamatransceptoras.

Ambos procesos son realizados generalmente con elempleo de una antena que rodea al paciente. Con objeto deevitar el uso de sistemas electrónicos muy complicados y costosos, la mayoría de los sistemas de resonancia magnética sevalen de dos tipos distintos de antenas: una para la transmi-sión y otra para la recepción. Esta electrónica se vuelve máscompleja a medida que usamos sistemas con intensidades ma-yores a 0.5 teslas.

Para asegurarnos de que nuestras imágenes poseen calidadpara el diagnóstico clínico, debemos elegir con todo cuidado laforma (geometría) y las características eléctricas que determi-nan la sensibilidad espacial de la antena. Existen dos propie-

Generalmente, la resonanciamagnética se vale de dos

tipos de antenas: una para la transmisión y otra para la recepción



La generación de imágenes de resonancia magnética de alta calidad depende en gran medida del tipo de antena quedeseamos utilizar y de la aplicación misma. En el diseño decualquier antena es importante entonces considerar que seacapaz de generar campos magnéticos uniformes. Las formasque los alambres que conforman la antena adoptan para conseguir un campo con tales características es una tarea complicada. Las antenas en forma de anillo plano son las mássencillas y poseen alta sensibilidad. Existe una gran variedadde formas para este tipo de antenas: las hay elípticas, circula-res, cuadradas, rectangulares, etcétera.

A este respecto iniciamos nuestro trabajo con la construc-ción de dos geometrías de antenas: circular y cuadrada. Estasgeometrías se han empleado ampliamente y mostrado muy buenos resultados en la práctica clínica. Nuestro objetivo

es generar imágenes del cerebro y del corazóncomo primera experiencia con nuestras antenasde radiofrecuencia. Posteriormente construi-mos otro novedoso diseño que hemos desig-nado resonador en forma de pétalo (Figura 7, án-gulo superior derecho). Todos los diseños hansido capaces de producir imágenes cerebralesde calidad diagnóstica. En la Figura 7 se mues-tran algunas imágenes cerebrales de volunta-rios sanos en distintos cortes.

CONCLUSIONES

La imagenología por resonancia magnética essin lugar a dudas una herramienta muy podero-sa para el estudio de las enfermedades y para conocer el funcionamiento del cerebro. La na-turaleza de este trabajo demanda un esfuerzomultidisciplinario: es necesaria la interacciónentre médicos, físicos, neurorradiólogos e inge-nieros para enfrentar el reto de estudiar el cerebro por medio de la imagenología y de la

espectroscopía por resonancia magnética. En los recientes años,en nuestro país, el grupo de la UAM-ABC-CNB, UNAM hadesarrollado distintas técnicas de análisis de imagen y aplica-ciones para imagenología cerebral por resonancia magnética,además de algunos desarrollos en antenas de radiofrecuenciade superficie para generar imágenes y espectros de alta calidaddel cerebro. Estos resultados muestran la factibilidad de desarro-llar este tipo de trabajo de investigación dentro del contexto

Figura 7. Imágenes de un cerebro sano en cortes coro-nales producidas en el instrumento G. E. Signa LX de1.5 T utilizando la antena receptora en forma de péta-lo, diseñada y construida por el grupo de investigaciónUAM-Hospital ABC-CNB, UNAM. [S. Hidalgo, A. O.Rodríguez, R. Rojas, J. Sánchez, G. Reynoso y F.Barrios (2001), "Petal resonator surface coil",Proceedings of The 9th Scientific Meeting and Exhibitionof the International Society of Magnetic Resonance inMedicine, p. 1112, Glasgow, Escocia.]

Las imágenes de resonancia magnética

de alta calidad dependenmucho del tipo de antena

que se desee utilizar



nacional. Sin duda demanda el esfuerzo de variasinstituciones y de grupos de investigación, por sucarácter interdisciplinario y por los altos costosde adquisición y mantenimiento de los equipos.El número de unidades instaladas en el país creaun terreno fértil para el desarrollo de esta técni-ca. Además abre un espectro amplio de posibili-dades para desarrollar técnicas de diagnóstico y de estudio del cerebro con nuestros propios re-cursos materiales y humanos.

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Rodríguez, A., R. Rojas y F. A. Barrios (2001), “Year 2000 statusof MRI in Mexico”, Journal of Magnetic Resonance Imaging,13(5):813-817.

Alfredo O. Rodríguez es doctor en física con especialidad en imagenología yespectroscopía por resonancia magnética. Sus áreas de interés en la investiga-ción son el desarrollo de antenas de radiofrecuencia y gradientes de campo y laimagenología por resonancia magnética funcional. Actualmente es investigadoren la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa y profesor adjunto en elcurso de neurorradiología de la Facultad de Medicina de la UNAM y del Ameri-can British Cowdray Medical Center.

Rafael Rojas Jasso es médico neurorradiólogo egresado de la Universidad LaSalle y del Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía. Ha publicado variostrabajos en revistas internacionales. Conjuntamente con el doctor Fernando Ba-rrios formó el primer grupo mexicano de investigación básica y clínica en IERM,hace seis años. Está adscrito al Servicio de Resonancia Magnética del AmericanBritish Cowdray Medical Center.

Perla Salgado Lujambio estudió en la Escuela de Medicina de la Universidad LaSalle. Su residencia en radiología la realizó en la Clínica Londres, y obtuvo la es-pecialidad de neurorradiología en el Instituto Nacional de Neurología y Neuroci-

rugía de la SSA. Es profesora responsable del Curso de Espe-cialidad en Resonancia Magnética del posgrado de la Facul-tad de Medicina de la UNAM y del American British CowdrayMedical Center. Ha publicado varios trabajos en neurorradio-logía sobre neurocisticercosis en revistas internacionales.Actualmente es jefa del Servicio de Resonancia Magnéticadel American British Cowdray Medical Center.

Julián Sánchez Cortázar es médico cirujano por la UNAM,jefe del Departamento de Radiología del Hospital ABC de1973 a 1992, cuando se convierte en División de Radiolo-gía, Hospital ABC (American British Cowdray). Fue presi-dente de la Federación Mexicana de Radiología e Imagen,A. C. (1990-1992), presidente del Consejo Mexicano de Ra-diología e Imagen (1994-1996), y presidente de la So-ciedad Mexicana de Radiología en 1980. Actualmente esdirector médico y jefe del Departamento de Imagen delHospital ABC.

Fernando A. Barrios obtuvo su doctorado en física y pos-teriomente realizó una estancia posdoctoral en el NationalInstitute of Health de EUA. Su trabajo se centró en el es-tudio de la actividad cerebral mediante el uso de imageno-logía por resonancia magnética funcional. Junto con eldoctor Rafael Rojas obtuvo la primera imagen funcionalpor RM en México, en 1998. A la fecha se desempeña como investigador en el Instituto de Neurobiología de laUNAM y es jefe de la Unidad de Imagen. Es profesor ad-junto del curso de especialidad en resonancia magnéticadel posgrado de la Facultad de Medicina de la UNAM y delAmerican British Cowdray Medical Center.

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Imágenes nítidas La resonancia magnética...técnicos en secuencias de pulso y en el desarrollo de antenas de radiofrecuencia y de bobinas de gradiente, la resonancia magnética