¿Cómo funciona una resonancia magnética y por qué es tan fuerte?

En pocas palabras: un protón en un fuerte campo magnético se alinea con las direcciones del campo magnético. Una onda de radio se sintoniza para voltear la orientación magnética de este protón, esto imparte energía al sistema (frecuencia de Larmor http://en.wikipedia.org/wiki/Lar … .La onda de radio, junto con otro campo magnético conocido como un pulso de gradiente, aleja el momento magnético de los protones de la dirección del campo magnético principal. Mientras más tiempo esté encendida la onda de radio, más impulsos se verán afectados por este pulso, y también se volcarán. Cuando el pulso se apaga, los protones Quiero volver al estado con la menor cantidad de energía. Esta dirección se encuentra a lo largo del campo magnético principal. Este proceso se denomina decaimiento o precesión. Como la orientación magnética de los protones se esfuerza por realinearse, el protón emite una frecuencia de radio propia. la señal se recoge y se almacena en una matriz. http://upseeger.epfl.ch/proj/ed_ …

Este proceso se repite con campos de gradiente ligeramente variables y pulsos de radiofrecuencia, que son los que le dan datos de frecuencia espacial, que se almacenan en la matriz antes mencionada. Los datos de frecuencia espacial tienen una transformada de Fourier aplicada. http://en.wikipedia.org/wiki/Fou … El propósito de la transformada de Fourier es tomar el dominio de frecuencia espacial y convertirlo en las imágenes en 3D que comúnmente ves.

Los protones utilizados para hacer imágenes deben provenir de ciertas moléculas que no perjudican la capacidad de esa molécula para verse afectada por el campo magnético o el pulso de radiofrecuencia. Las 2 fuentes típicas son agua y grasa. La grasa produce una imagen más brillante que el agua, en ciertos tipos de escaneos, ya que pierde la energía de la frecuencia de radio más rápidamente que el agua. Los átomos de hidrógeno en la grasa están más estrechamente unidos a los vecinos de la molécula y el agua al oxígeno. El contraste (o diferentes niveles de gris) en la imagen proviene de las cantidades variables de agua libre, agua ligada y grasa en cada célula y tejido. La alineación del Tejido en el campo magnético, también produce un contraste con la imagen.

Debido a que los campos magnéticos se pueden aplicar literalmente en cualquier orientación, la MRI es la única modalidad de imagen verdadera que tiene la capacidad de generar datos anatómicos y fisiológicos en 3D de forma nativa, en lugar de utilizar la interpolación matemática, como en una tomografía computarizada. Los nombres de escaneo típicos que escuchará son T1, T2 y densidad de protones (PD),

Esta es la razón por la que la RM es muy apreciada en comparación con otros tipos de imágenes, proporciona imágenes de muy alta resolución, con niveles muy altos de contraste y detalles, que no se pueden proporcionar con ultrasonido, tomografía computarizada o rayos X. La compensación es que la velocidad de un escaneo es increíblemente larga (en relación con la TC multicorte y otras modalidades de rayos X), los sistemas son costosos, requieren habitaciones especialmente protegidas (tu estación de radio favorita ahogó la señal de que tus protones son haciendo, esta habitación se llama jaula de faraday. http://en.wikipedia.org/wiki/Far …)

Esta es una descripción general simple, hay muchos trucos, secuencias de pulso, lecturas de radiofrecuencia, bobinas de señal y agentes de contraste, etc.

Esto es de ‘How Stuff Works’ y parece bastante sencillo: –

Cuando los pacientes se deslizan en una máquina de resonancia magnética, se llevan consigo los miles de millones de átomos que componen el cuerpo humano. Para los propósitos de una exploración de MRI, solo nos preocupa el átomo de hidrógeno, que es abundante ya que el cuerpo está compuesto principalmente de agua y grasa. Estos átomos están girando aleatoriamente, o precesando, en su eje, como la parte superior de un niño. Todos los átomos van en varias direcciones, pero cuando se colocan en un campo magnético, los átomos se alinean en la dirección del campo.

Estos átomos de hidrógeno tienen un fuerte momento magnético, lo que significa que en un campo magnético, se alinean en la dirección del campo. Dado que el campo magnético se extiende directamente hacia el centro de la máquina, los protones de hidrógeno se alinean de modo que apuntan hacia los pies o hacia la cabeza del paciente. Aproximadamente la mitad va en cada dirección, de modo que la gran mayoría de los protones se cancelan mutuamente, es decir, por cada átomo alineado hacia los pies, uno se alinea hacia la cabeza. Solo un par de protones de cada millón no se cancelan. Esto no parece mucho, pero la gran cantidad de átomos de hidrógeno en el cuerpo es suficiente para crear imágenes extremadamente detalladas. Son estos átomos inigualables los que nos preocupan ahora.

A continuación, la máquina de MRI aplica un pulso de radiofrecuencia (RF) que es específico solo para el hidrógeno. El sistema dirige el pulso hacia el área del cuerpo que queremos examinar. Cuando se aplica el pulso, los protones sin igual absorben la energía y vuelven a girar en una dirección diferente. Esta es la parte de “resonancia” de MRI. El pulso de RF los obliga a girar a una frecuencia particular, en una dirección particular. La frecuencia específica de resonancia se llama frecuencia Larmour y se calcula en función del tejido particular que se está formateando y de la intensidad del campo magnético principal.

Aproximadamente al mismo tiempo, los tres imanes de gradiente saltan al acto. Están dispuestos de tal manera dentro del imán principal que cuando se encienden y apagan rápidamente de una manera específica, alteran el campo magnético principal a nivel local. Lo que esto significa es que podemos elegir exactamente en qué área queremos una imagen; esta área se conoce como la “rebanada”. Piense en una hogaza de pan con láminas tan delgadas como unos pocos milímetros; las rebanadas en MRI son tan precisas. Se pueden tomar rebanadas de cualquier parte del cuerpo en cualquier dirección, dando a los médicos una gran ventaja sobre cualquier otra modalidad de imágenes. Eso también significa que no tiene que moverse para que la máquina obtenga una imagen desde una dirección diferente: la máquina puede manipular todo con los imanes degradados.

Pero la máquina produce una gran cantidad de ruido durante un escaneo, lo que suena como un martilleo continuo y rápido. Esto se debe a la corriente eléctrica ascendente en los cables de los imanes de gradiente a los que se opone el campo magnético principal. Cuanto más fuerte es el campo principal, más fuerte es el ruido de gradiente. En la mayoría de los centros de MRI, puede traer un reproductor de música para ahogar la raqueta, y los pacientes reciben tapones para los oídos.

Cuando el pulso de RF se apaga, los protones de hidrógeno regresan lentamente a su alineación natural dentro del campo magnético y liberan la energía absorbida por los pulsos de RF. Cuando hacen esto, emiten una señal de que las bobinas recogen y envían al sistema informático. Pero, ¿cómo se convierte esta señal en una imagen que significa algo?

El escáner de IRM puede seleccionar un punto muy pequeño dentro del cuerpo del paciente y preguntarle, esencialmente, “¿Qué tipo de tejido eres?” El sistema pasa por el cuerpo del paciente punto por punto, construyendo un mapa de tipos de tejidos. A continuación, integra toda esta información para crear imágenes en 2-D o modelos 3-D con una fórmula matemática conocida como la transformada de Fourier. La computadora recibe la señal de los protones giratorios como datos matemáticos; los datos se convierten en una imagen. Esa es la parte de “imagen” de MRI.

El sistema de IRM utiliza contraste inyectable o colorantes para alterar el campo magnético local en el tejido que se examina. El tejido normal y el anormal responden de manera diferente a esta ligera alteración, dándonos señales diferentes. Estas señales se transfieren a las imágenes; un sistema de MRI puede mostrar más 250 tonos de gris para representar la variación de tejido [fuente: Coyne]. Las imágenes permiten a los médicos visualizar diferentes tipos de anormalidades tisulares mejor de lo que podrían sin el contraste. Sabemos que cuando hacemos “A”, el tejido normal se verá como “B”; si no lo hace, podría haber una anomalía.

Una radiografía es muy efectiva para mostrarle a los médicos un hueso roto, pero si quieren ver el tejido blando de un paciente, incluidos los órganos, los ligamentos y el sistema circulatorio, entonces probablemente querrán una resonancia magnética. Y, como mencionamos en la última página, otra gran ventaja de la MRI es su capacidad de imagen en cualquier plano. La tomografía computarizada (TC), por ejemplo, está limitada a un plano, el plano axial (en la analogía de la barra de pan, el plano axial sería la forma en que normalmente se corta una rebanada de pan). Un sistema de MRI puede crear imágenes axiales y sagitall (rebanar el pan de lado a lado a lo largo) y coronal (pensar en las capas en un pastel de capas), o cualquier grado intermedio, sin que el paciente se mueva.

Pero para estas imágenes de alta calidad, el paciente no puede moverse mucho en absoluto. Las imágenes por resonancia magnética requieren que los pacientes se mantengan quietos durante 20 a 90 minutos o más. Incluso un movimiento muy ligero de la parte que se escanea puede causar imágenes distorsionadas que tendrán que repetirse. Y hay un alto costo para este tipo de calidad; Los sistemas de MRI son muy caros de comprar y, por lo tanto, los exámenes también son muy caros.

(science.howstuffworks.com)
http://static.ddmcdn.com/gif/mri …

Recientemente di una respuesta bastante extensa sobre la diferencia entre MRI y CT, donde expliqué un poco sobre cómo funciona la resonancia magnética y cómo funciona la tomografía computarizada. También incluí algunos enlaces / recursos que explican esto bien. Espero que sea útil: Quora Respuesta del usuario a ¿Cuáles son algunas características que ayudan a distinguir una imagen de una tomografía computarizada de una imagen de una exploración MRI?

No quiero responder arrogantemente, pero no es una respuesta simple.

Toda la base es mecánica cuántica. Cuando los protones se colocan en un campo magnético; ellos tienen dos opciones. Pueden alinearse con o contra el campo magnético principal (~ 6 / 1,000,000)

Entonces, los protones son manipulados. Los protones en diferentes entornos químicos (y por lo tanto, diferentes tejidos) se comportarán de manera diferente. Sabemos que los diferentes tipos de tejidos cambiarán de un estado excitado a un estado relajado con diferentes tasas. Este es el proceso fundamental que explotamos.

Mi libro favorito que aborda todo el proceso es “MRI – From Picture to Proton”. Supone algunas matemáticas superiores pero no tiene conocimientos de Física de MRI …

La Resonancia Magnética , más conocida como MRI , utiliza las propiedades magnéticas ( ¡sorpresa! ) Del cuerpo para producir imágenes anatómicas detalladas. Ahora, ¿cómo funciona? La gente ha dado algunas respuestas realmente detalladas a esta pregunta, así que quiero ir a una versión resumida más parecida a la de procedimiento. Aqui tienes.

• ¿Qué propiedad del cuerpo usa la resonancia magnética para producir escaneos? Utiliza la tendencia del núcleo de hidrógeno para alinearse con un campo magnético externo para producir imágenes. Como el núcleo de hidrógeno es muy común en nuestro cuerpo en forma de agua y grasa, esta técnica resulta muy útil.
• Para ser específicos , los núcleos de hidrógeno en nuestro cuerpo se comportan como pequeños imanes con sus ejes alineados al azar .

• La resonancia magnética utiliza un campo magnético externo fuerte (¿se ha escuchado acerca de la RM de 1,5 T? ) Para orientar los ejes alineados aleatoriamente en una dirección uniforme orientada a lo largo del eje del escáner.

• Ahora esto funciona muy bien. El siguiente paso es producir una señal. Para esto, agregamos energía adicional al campo magnético externo en la forma de una onda de radio que desvía los pequeños imanes de los que hablamos anteriormente. La frecuencia de radio que suministramos resuena con los núcleos de hidrógeno para producir la desviación.

• Y cuando esta frecuencia de radio se desconecta , los imanes pequeños cambian a su estado alineado original y hacen que se emita una señal . Esta señal se usa para crear imágenes . La señal se encuentra en el rango de radio y los receptores se utilizan para mejorar la detección. La intensidad de la señal recibida se traza y las imágenes transversales se construyen.

Ahora, ¿por qué los escáneres de resonancia magnética son tan fuertes? Para citar un artículo de Internet:

• “El ruido se debe a la corriente eléctrica ascendente en los cables de los imanes de gradiente que se oponen al campo magnético principal. Cuanto más fuerte es el campo principal, más fuerte es el ruido de gradiente”.

• “Son ruidosos. Es un efecto secundario de cómo funcionan. Cambiar el campo magnético provoca una acumulación de energía, y mucha de la energía se libera en forma de ondas sonoras (algunas de ellas se liberan en forma de calor, por lo que hay un enfriamiento bastante impresionante sistemas en uso en las máquinas también). ”

PD mierda! Incluso la versión condensada resultó ser larga.

Creo que no entiendes lo que le sucede al helio. El hecho de que enfríe el imán no significa necesariamente que se haya calentado más allá de su punto de ebullición.

La mayoría de los imanes tienen una temperatura superconductora que está muy por debajo del punto de ebullición del helio. Eso significa que el trabajo del helio es más parecido al del freón en un refrigerador o al anticongelante en el motor de un automóvil: se transporta en bicicleta para llevar el calor a un intercambiador, pero no sufre ningún cambio de fase.

Del mismo modo, el helio en una resonancia magnética se cicla a través de otro equipo de refrigeración fuera del imán, que elimina el calor que absorbe del imán, evitando que se hienda.

Es sencillo.

• Un paciente se coloca en un campo magnético fuerte
• Un transmisor de radio envía una onda de radio a través del cuerpo del paciente
• Esta onda de radio sacude los núcleos de hidrógeno (protones) que están en todas partes dentro del paciente
• Cuando la onda de radio termina, los protones continúan temblando durante uno o dos segundos, lo que crea una nueva onda de radio
• Esta onda de radio se captura con una antena (bobina) y un algoritmo de computadora la convierte en una imagen MR.

Aunque muchos físicos de RM probablemente tendrán un triple paro cardíaco al leer la explicación anterior (lo siento por eso), está más cerca de la realidad física, al menos a un nivel macroscópico, entonces se podría pensar. Puedes compararlo con lo que sucede cuando tienes un armario lleno de vasos en tu sala de estar y comienzas a gritar y gritar tan fuerte como puedas. Tan pronto como te detengas, oirás cómo los vasos hacen un sonido de llamada durante un segundo más o menos. Esto sucede porque las ondas de sonido creadas por su voz interactúan con las gafas y las hacen vibrar. Cuando dejes de gritar y gritar, los anteojos continuarán sus vibraciones por un tiempo y producirán un sonido de timbre. Cuando reemplaza su voz por un transmisor de radio, las gafas de un paciente y sus oídos por una bobina MR, usted comprende cómo funciona un escáner MR.

Acerca del ruido: los protones “temblorosos” crean una señal de radio por sí solos, una especie de eco capturado con antenas. Curiosamente, la frecuencia de estas señales de “eco” depende de la intensidad del campo magnético en el que se encuentren. Si todos los protones están en un campo magnético uniforme, todos emitirán la misma frecuencia. Pero si crea un gradiente de campo magnético, de modo que el campo magnético aumenta, por ejemplo, de izquierda a derecha, los átomos de hidrógeno de la izquierda emitirán frecuencias más bajas que los átomos de hidrógeno de la derecha. Esto permite que una computadora descubra de dónde provienen las señales, y así construir una imagen clínica de la anatomía del paciente. Es similar a un instrumento de cuerda con cada cuerda afinada en el mismo tono (campo magnético homogéneo). Si tienes los ojos vendados y alguien arranca una de las cuerdas, no puedes saber qué cuerda era. Sin embargo, si las cuerdas se ajustan de bajo a alto (gradiente de campo magnético), puede decir la posición exacta de la cuerda simplemente escuchando la nota que produce.

Los gradientes de campo magnético en un escáner MRI se crean con bobinas de gradiente , básicamente cables de cobre a través de los cuales se envían corrientes alternas. Dado que esto ocurre dentro de un campo magnético estático fuerte, un escáner MRI es básicamente un gran altavoz, que le permite escuchar las ondas enviadas a las bobinas de gradiente. Ese es el ruido.

Hay muchas maneras de responder a esta pregunta, dependiendo de su capacitación, antecedentes matemáticos y la “profundidad” en la que desea ingresar.

Aquí hay una respuesta corta. Si te pones en un gran imán, tus moléculas de agua sonarán como una campana si las golpeas con una frecuencia específica de ondas de radio. En otras palabras, volverán a emitir parte de la energía hacia atrás. El “volumen” de la campana depende de muchas cosas, incluida la cantidad de agua que hay, y el entorno molecular que rodea el agua. Escuche este “eco” cuidadosamente con una antena de RF, y puede reconstruir una imagen usando algo llamado FFT.

Para una prueba de MRI, el paciente se coloca sobre una mesa que se enrolla dentro de un imán superconductor muy fuerte. Usando una electrónica sofisticada, las imágenes digitales son creadas y vistas por el radiólogo.

Si bien es importante tener un imán fuerte para crear una imagen de MRI, las bobinas de gradiente dentro del sistema son importantes ya que ayudan a crear la imagen real. Al usar una alteración rápida de la corriente, en las bobinas se emiten sonidos como golpecitos, golpes y chirridos, y son causados ​​por el movimiento o la vibración de las bobinas a medida que impactan contra sus montajes. El ruido puede cambiar cuando cambian los requisitos de las imágenes.

Los núcleos (como el hidrógeno, o en realidad cualquier elemento con un número atómico impar) tienen momentos magnéticos. Si un grupo de estos núcleos se coloca en un campo magnético (es por eso que la máquina de RMN real tiene un gran electroimán), sus “polos” se alinearán con el campo magnético (estado alfa-baja energía) o contra el campo magnético (beta estado-energía más alta). Las ráfagas de radiación excitarán los bajos para que se alineen con los agudos y se pongan en la misma resonancia. Los diferentes núcleos resuenan a diferentes frecuencias dependiendo del entorno magnético general de cada núcleo (incluida la composición propia del átomo, o los átomos unidos en la misma molécula, suponiendo que estén lo suficientemente cerca). Mide la cantidad de energía necesaria para alinear los mínimos y agudos (Beff = Bapplied-Blocal) (cantidad de campo magnético percibido por cada átomo = calidad magnética local de campo magnético aplicado) y viola: eso crea un pico en una RMN trama. Básicamente, obtienes picos de cada átomo medible diferente en la solución que se mide. Están trazados en un eje x. Los núcleos de mayor energía están a la izquierda y los núcleos de energía más bajos están a la derecha. Dependiendo del tipo de RMN (hidrógeno, carbono 13, etc.) hay diferentes métodos para leer los gráficos, que es un deporte completamente nuevo, pero estos gráficos le indicarán qué átomos o moléculas contiene el compuesto desconocido. O bien, en las imágenes de MRI, utiliza el mismo proceso para convertir diferentes densidades relativas en diferentes colores para crear una imagen.

Tal vez la siguiente animación agregará algo a su comprensión.

Muestra cómo los datos se adquieren como ‘ondas’ espaciales, y cómo los dos parámetros de estas ondas (amplitud y fase) se almacenan en una matriz llamada k- espacio.

La k en k- espacio (las coordenadas en la matriz) representa el número de onda, que representa el número de ondas por unidad de distancia. Por ejemplo, si su taza de café está en la misma mesa que su licuadora, puede ver un número de onda de 2 por cm:

Funciona en el principio del magnetismo.