2 Propiedades Magneticas v 08 Gili

V(08-1)

2

PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA

PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA. 2.1. EL CAMPO MAGNÉTICO........ MAGNÉTIC O........................................ ................................ ............................... ............................... ...............2.1. ...............2. 1. El Tesla y el Gauss. Apantallamientos Apantallamientos magnéticos, estabilidad y uniformidad Shimming activo y pasivo 2.2. TIPOS DE IMANES EN RM .............................................. ............... ............................... ............................... ................................ ....2.4. ....2.4 . Permanentes. Electroimanes: Resistivos, Superconductivos. Híbridos. 2.3. LOS GRADIENTES GRADIENT ES MAGNÉTICOS MAGNÉTI COS ............................ ............................... ............................... ..........2.5. ..........2.5 . Gradiente Magnético Lineal. Amplitud Máxima del Gradiente. Diseño Maxwell. Diseño Golay. El cilindro de gradientes. Representación espacial y temporal de los gradientes Rise Time. Slew Rate. Ramp Time. Gradiente bipolar. bipolar. Diseño de los gradientes. Corrientes de Eddy 2.4. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA ............. ..................... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ......... .. 2.13. Susceptibilidad magnética. Sustancias Diamagnéticas, Paramagnéticas y Ferromagnéticas. Materiales "compatibles" Artefactos de Susceptibilidad Susceptibilidad magnética. magnética. ANEXO A2.1.(C) A2.1.(C) TIPOS DE APARATOS RM....................................................................................... A2.1.1 Imanes cilindricos de cuerpo entero, diseño en anillos o en solenoide Imanes abiertos de cuerpo entero. Imanes dedicados a extremidades (E-MRI) ANEXO A2.2.(A) A2.2.(A) INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO (H) E INDUCCIÓNMAGNÉTICA INDUCCIÓNMAGNÉTICA (B) .... A2.2 .1 Permeabilidad y susceptibilidad. susceptibilidad. Sustancias paramagnéticas y diamagnéticas

2. PROPIEDADES MAGNÉTICAS V(08-1)

2. 1.

2 PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA 2.1. EL CAMPO MAGNÉTICO Una carga eléctrica quieta en un punto, implica modificaciones de las propiedades del espacio a su alrededor (por ejemplo: aparecen fuerzas sobre otras cargas eléctricas). A estas nuevas propiedades que surgen en el espacio, las denominamos campo eléctrico. Si las cargas eléctricas están en movimiento aparecen unas nuevas propiedades en el espacio a su alrededor (por ejemplo: orientación de las limaduras de hierro). A estas nuevas propiedades originadas por las cargas eléctricas en movimiento las denominamos campo magnético . En RM el campo magnético lo representaremos por B (Ver en ANEXO 2.2 (A) diferencias entre B y H) .

B es una magnitud vectorial, es decir, en un punto del espacio donde existe campo magnético es necesario definir aparte del valor del campo, la dirección y el sentido. (Fig 2.1)

I

B

P

Fig 2.1. Campo magnético creado por una corriente eléctrica. En un punto P, el Campo Magnético se representa por el vector B aplicado en dicho punto. La longitud es indicativa del valor del campo magnético. La dirección y el sentido vienen indicados por la orientación y la punta del vector. Las líneas de puntos representan líneas del campo magnético

Una corriente eléctrica (movimiento de cargas eléctricas en un conductor) crea a su alrededor un campo magnético. Para que este campo magnético sea estable, el valor y sentido de la corriente debe mantenerse constante (Corriente continua ). El valor del campo magnético creado por una corriente eléctrica continua que circula por un conductor lineal, decrece a medida que nos separemos del hilo conductor. Esto implica una variación del valor del campo en el espacio a su alrededor (campo magnético heterogéneo). Si queremos que el campo magnético sea homogéneo (tenga un valor vectorial constante) sobre un determinado espacio debemos diseñar la forma del conductor . El diseño más utilizado es el de un conductor en forma de helicoide (solenoide) que logra en su interior, alrededor de su punto central medio (isocentro), un campo magnético muy homogéneo. (Fig 2.2).

2. 2.

2. PROPIEDADES MAGNÉTICAS. V(08-1)

B

I

Fig 2.2. Campo magnético creado por un conductor en forma de helicoide (solenoide) por el que circula una corriente continua I . Dentro del solenoide, en la zona central, el campo magnético B tiene que ser lo más uniforme posible.

El paciente en estos diseños, será introducido dentro del helicoide. (Fig 2.3)

I

B

B B B

B

Fig 2.3. El paciente es introducido dentro del helicoide. La zona a explorar tratará de ponerse en el centro donde el campo magnético es más uniforme. El punto central sobre el eje del cilindro se considera el isocentro.

Actualmente existen multitud de diseños con tendencia a lograr imanes más abiertos y por tanto menos claustrofóbicos. Algunos diseños son específicos para exploraciones de zonas determinadas como las articulaciones. Otras formas están evolucionando hacia diseños que permitan técnicas intervencionistas. (Ver ANEXO A2.1.) ( C). En función del diseño es importante conocer la dirección del campo magnético principal. En los helicoidales la dirección es según el eje, por lo general paralelo al suelo (horizontal). En algunos imanes abiertos la dirección del campo magnético principal es perpendicular al suelo (vertical). Es importante conocer esta dirección ya que servirá de referencia (eje z). Además permitirá utilizar un tipo de bobinas receptoras de la señal que aumentaran el cociente Señal/Ruido C(S/R) en los campos verticales. 1

Los aparatos que crean el campo magnético B se denominan IMANES ( ). B (valor, intensidad o módulo del campo magnético) se expresa en unidades de inducción magnética . ( Ver ANEXO A2.2.(A)) Las unidades utilizadas en RM son: El Tesla (T) y el Gauss. 1 Gauss es la unidad en el sistema cgs (cm, gramo, segundo) y equivale a 1 2 Maxwell/cm 2 1 T es la unidad en el sistema internacional y equivale a 1Weber/m 1 T = 10.000 Gauss En la práctica el valor del campo magnético de un aparato RM se expresa en Teslas mientras que el valor de las líneas de campo magnético alrededor del imán se expresa en gauss ó e n militeslas (1 mT= 10 Gauss)

Se encuentran comercializados para IRM, desde aparatos RM de 0,02 T hasta aparatos RM de 3 T. (2) (3) Están en ensayo clínico imanes de 4 T, 7 T , 8 T , 9,4 T (Universidad de Chicago, Enero 2008) y 11,4 T (proyecto Neurospin, comisión energía atómica francesa: 2008) 1

No debería llamarse magneto al imán ya que magneto es un generador de corriente alterna a través de un rotor y un inducido. En América Latina se utiliza la palabra resonador para indicar el aparato de RM. 2 Vaugham J.T. y col 7T vs 4 T: Power, Homogeneity and Signal to Noise comparison in Head Images. MRM 46:24-30 (2001) 3 Abduljlil A.M.,Kangarlu A., Zhang X. y col. Acquisiton of Human Multislice MR Images at 8 T JCAT, 23(3),335-340. May-June 1999


2. 3.

El campo magnético se expande alrededor del imán. Las superficies de igual valor del campo magnético adoptan formas muy variadas alrededor del imán, dependiendo del diseño y de factores externos, en especial los materiales metálicos del entorno. Cuando se planea la instalación de un aparato de RM, es conveniente determinar las dimensiones de las superficies tridimensionales que abarcan las líneas de 5 Gauss (0,5 mT) y las de 1 Gauss (0,1 mT) . La primera nos delimita la zona dentro de la que está prohibido el acceso de portadores de marcapasos y la segunda hay que tenerla presente por la interferencia que crea el campo magnético con aparatos electrónicos y deben excluirse de esta zona aparatos como CT-RX, gammacámaras, monitores por movimiento de electrones ..etc En los proyectos de instalación se deben dibujar la forma de estas dos superficies (1 y 5 Gauss) dando su posición en los tres ejes del espacio a partir del isocentro (punto central sobre el eje del helicoide) . Hay que pensar no tan solo en el plano de la máquina sino también en el plano vertical. Pueden distorsionarse las líneas de campo magnético mediante planchas metálicas adecuadas (Hierro bajo en carbono, acero con alta permeabilidad…) que suelen colocarse en las paredes de la habitación del imán (por fuera de la jaula de radiofrecuencia) y que permite modificar las superficies de isogauss a fin de proteger determinados entornos. (apantallamientos magnéticos pasivos en las paredes de la sala) . Algunos imanes llevan el apantallamiento pasivo en la carcasa del imán (autoapantallamiento pasivo en el imán). También en los imanes actuales a fin de solventar los problemas de la expansión del campo magnético y permitir ubicarlos en zonas mas reducidas, se utilizan los apantallamientos magnéticos activos que consisten en crear un campo magnético opuesto y de menor valor que el principal mediante un segundo bobinado en el cilindro del imán en posición mas externa del bobinado principal y recorrido por corriente continua en sentido contrario (autoapantallamiento activo ). Desde el punto de vista práctico, los imanes autoapantallados presentan un cambio muy brusco de valores magnéticos a corta distancia del aparato, lo que hay que tenerlo presente en cuanto al manejo de materiales susceptibles de ser afectados por el campo magnético. Es útil algunas veces marcar en el suelo líneas recordatorias del campo magnético como la de 200 Gauss que limita la aproximación al imán de de algunos aparatos utilizados de soporte a los pacientes. Como idea comparativa, el valor del campo magnético terrestre se sitúa alrededor de los 0.5 Gauss (variando según factores geográficos y temporales: sobre los 0,3 Gauss en el ecuador y 0,7 en los polos). Es importante el concepto de estabilidad y de uniformidad del campo magnético en un volumen determinado. Estos conceptos hacen referencia a las variaciones relativas del campo magnético en el espacio y en el tiempo y se expresan en partes por millón ( ppm ) dentro de un volumen de superficie esférica de un diámetro adecuado (Diameter of Spherical Volume: DSV).

Los ppm en uniformidad de campo se refieren a la diferencia máxima relativa al campo magnético principal que podemos encontrar en el volumen especificado: Por ejemplo: Un imán de 1.5 T con una uniformidad menor de 5 ppm en un volumen de 10 cm de diámetro esférico en 24 horas, indica que la variación del campo magnético dentro del volumen indicado y en el margen de tiempo especificado es -6 inferior a 1.5 x 5 x 10 T = 0.075 Gauss. Para IRM se recomiendan uniformidades inferiores a 1 ppm sobre 40 cm DSV e inferiores a 0,05 ppm sobre 10 cm DSV. Al instalar la maquina deben especificarse las homogeneidades sobre diversos DSV en general 40 y 10 cm. La forma de medir estas homogeneidades de campo varia de una casa comercial a otra. Cualquier pieza metálica colocada en el campo magnético puede producir una distorsión de las líneas de campo. Pequeños defectos en el diseño de los bobinados del conductor o la presencia de elementos metálicos fijos en el interior o el exterior del imán producen una pérdida de homogeneidad que puede corregirse mediante la colocación estratégica de pequeñas piezas metálicas en el interior del cilindro de exploración. Es una maniobra que se realiza una sola vez al instalarse el imán y que además tiene en cuenta las posibles masas metálicas estáticas, (vigas, estructuras,..) que pueden influir en la homogeneidad inicial del campo. Esta maniobra se conoce como shimming pasivo (homogeneización pasiva) . Las heterogeneidades del campo magnético en las zonas de exploración debidas por ejemplo a la introducción del paciente pueden corregirse mediante la activación de campos magnéticos adicionales compensatorios haciendo pasar corrientes continuas adecuadas por bobinados que se colocan dentro del imán. Este mecanismo compensatorio para homogeneizar el campo recibe el nombre de shimming activo . (homogeneización activa). El shimming activo se activa de forma automática al introducir un paciente o puede hacerse por el operador RM en determinadas secuencias que requieren una elevada uniformidad de campo (Saturaciones espectrales, espectroscopia,..)

2. 4.


A igualdad de todos los demás componentes del aparato, a medida que aumenta el valor del campo magnético la señal aumenta. Pero también aumentan los artefactos, la dificultad en mantener la homogeneidad, el problema de los depósitos energéticos de Radiofrecuencia, ... por lo que el valor del campo magnético no es

el único de los factores que debemos valorar al comprar un aparato de RM. El trabajar con un campo magnético condiciona hábitos y precauciones en el personal así como una vigilancia constante sobre todo lo que puede ser atraído o modificado por el campo si entra en la sala de exploración. Los hábitos de trabajo varían según sea el valor del campo magnético y no es lo mismo trabajar con campos elevados que con campos bajos. No obstante, siempre hay que tener presente las normativas de seguridad adaptadas a nuestra máquina.

2.2. TIPOS DE IMANES EN RM. Los aparatos de RM pueden ser de IMÁN PERMANENTE, ELECTROIMANES O HÍBRIDOS. (Fig 2.4.) PERMANENTES HIBRIDOS TIPOS DE IMANES RESISTIVOS ELECTROIMANES SUPERCONDUCTIVOS

Fig 2.4.Tipos de imanes RM Los IMANES PERMANENTES están construidos con sustancias ferromagnéticas (como la Magnetita) que presentan una imantación permanente, no precisan de sistemas de refrigeración ni gastan corriente eléctrica (una mínima cantidad para mantener la estabilidad térmica). Comparativamente con los demás tipos tienen un peso elevado. Son imanes abiertos y su campo magnético está limitado en función de su capacidad para explorar todo el cuerpo o sean dedicados a extremidades (que pueden llegar a 1 T en 2008) El material que forma la base de los imanes permanentes presenta la característica de que las órbitas electrónicas de muchos átomos contiguos tienen la misma orientación espacial. Los ELECTROIMANES crean el campo magnético mediante corriente eléctrica. Según el tipo de conductor pueden ser RESISITIVOS O SUPERCONDUCTIVOS . Los RESISTIVOS están construidos por bobinas por las que circula corriente eléctrica continua de alta intensidad. Necesitan ser refrigerados por agua circulando y su campo magnético está limitado por la disipación calórica a valores inferiores a 0.5 T ya que el valor del campo depende de la intensidad mientras que la disipación calórica por la ley de Joule depende del cuadrado de la intensidad. Tienen un gran consumo eléctrico. Se ponen en marcha cuando empieza la jornada de trabajo y se paran al final. Precisan un cierto tiempo de estabilización. Los SUPERCONDUCTIVOS se basan en la propiedad que poseen ciertas aleaciones metálicas que al ser enfriadas a temperaturas cercanas al cero absoluto (- 273 º C = 0º K ) pierden su resistencia eléctrica (Estado de superconductividad). La aleación mas usada es la de Titanio-Niobio (TiNb) en forma de hilos dentro de una matriz de Cu que se enrolla en forma de bobinados y se sumergen en una cámara cilíndrica llena de Helio líquido. Su temperatura de trabajo está por debajo del punto de ebullición del He líquido (4.22 ºK= -268,93 ºC). En los primeros diseños, el cilindro de Helio estaba a su vez, rodeado de una cámara de vacío y de otro cilindro conteniendo Nitrógeno. Los imanes actuales no consumen Nitrógeno y el consumo de He para mantener el conductor a estas bajas temperaturas es mínimo debido a los criocompresores del Helio gas. El llenado de He es un factor que ha variado muchísimo con la tecnología pasando desde tener que realizarse varias veces al año, a casi no ser llenado en años. Con los imanes Superconductivos se logran campos magnéticos muy elevados. La uniformidad y estabilidad es superior a los resistivos. Actualmente han aparecido imanes que trabajan con aleaciones de Niobio-Estaño NB3Sn) que se espolvorea sobre una matriz de Niobio. Aunque es un conductor muy quebradizo, la ventaja es que puede trabajar como superconductor a temperaturas de 10 K y por tanto no precisan de Helio líquido.


2. 5.

También hay que pensar en los superconductitos en dar una salida al exterior del Helio en caso que se produjera por perdida de la superconductividad una evaporación brusca del Helio líquido. La transformación líquido a gas implica un aumento de volumen de unas 700 veces y una evaporación muy rápida de un Helio gas que es menos denso que el aire. La salida brusca del Helio gas se conoce como "quench". Cuando los imanes necesitan recargarse de Helio hay que pensar también en el paso para los contenedores de He (dewars) desde el exterior al imán. Existen los tomógrafos RM con IMANES HÍBRIDOS entre los permanentes y los resistivos. No superan los 0,6 T. El Quench se produce cuando el nivel de He líquido desciende hasta un valor crítico en que deja al descubierto parte del conductor dentro del tanque y éste empieza a calentarse perdiendo la superconductividad. La temperatura de ebullición del He es de -269ºC. En cuestión de segundos (sobre unos 20 seg) el campo magnético desciende y todo el He líquido se evapora formando un gas que tendría que salir al exterior por el tubo de quench acompañándose de silbidos o siseos de bastante intensidad. En el exterior el gas frío asciende semejando humo al formar nubes de condensación del aire. El contacto con el He líquido puede causar quemaduras por frío o congelación. El Helio gas

es más ligero que el aire (0,14 respecto al aire), inodoro, incoloro, no inflamable, no es tóxico pero desplaza al oxígeno por lo que pueden dejar inconciente a un individuo . La inconsciencia puede ser inadvertida para la victima que puede ser incapaz de protegerse. Desde el exterior puede dar la sensación de un incendio ya que al ascender va enfriando el aire dando la impresión de humo. En todo centro RM con aparatos superconductivos tiene que estar establecido un protocolo de emergencia para situaciones de quench. Existen dos situaciones de quench: El caso de un accidente/incidente con riesgo para personas, o en caso de incendio que obliga a un quench de emergencia mediante el pulsador de quench y una segunda situación en que puede hacerse un quench controlado , en el que son los técnicos de la casa comercial los que bajan el campo magnético de una forma regulada. En consecuencia cuando pensamos en la instalación de una RM es muy importante tener presente una serie de requisitos imprescindibles que pueden influenciar en la seguridad, prevención de riesgos y en el coste de la instalación. Aparte de conocer las características del imán (valor del campo, tipo, uniformidad y estabilidad, autoapantallamientos, sistemas de refrigeración,..), es importante que sobre el esquema de los planos de implantación se nos marque en las tres direcciones del espacio las isolíneas de 10 y 5 gauss. En base a los espacios a proteger (pasillos no controlados, salas contiguas con acceso de personal…), ver la necesidad de apantallamientos magnéticos, que junto al peso de la máquina pueden influir sobre el cálculo de estructuras (repercusión en el coste de la implantación). También hay que tener en cuenta la salida de quench al exterior que debe cumplir diversos requisitos técnicos y prever el paso de los dewards para las recargas de helio.

2.3. LOS GRADIENTES MAGNÉTICOS Si una magnitud varia de valor a lo largo de una dirección, diremos que existe un gradiente de la

magnitud en aquella dirección . El gradiente se expresa por la magnitud vectorial G. En un punto, el valor o la amplitud del gradiente es la variación de la magnitud por unidad de longitud en aquel punto. La dirección es la orientación de la línea sobre la que se mide la variación y el sentido se adopta positivo hacia el sentido en el cual crece la magnitud y negativo en sentido contrario. Los gradientes magnéticos son por tanto variaciones del campo magnético medidas a lo largo de una dirección. Si el campo magnético estuviese creado por un único hilo conductor rectilíneo, a medida que nos alejásemos de él, el campo magnético disminuye y por tanto existe un gradiente de campo magnético decreciente sobre cualquier dirección radial. (Fig. 2.5.)

2. 6.


I

B

Fig 2.5. A medida que nos separamos del hilo conductor sobre una dirección radial (z) el campo magnético decrece en aquella dirección creándose un gradiente magnético

z

Hemos visto que uno de los objetivos en el interior de l os tomógrafos de Resonancia Magnética es el de obtener campos magnéticos de partida lo mas uniformes posibles. A lo largo de todo el proceso de obtención de la imagen, es preciso crear gradientes magnéticos sobre direcciones predeterminadas. Es fundamental que los gradientes magnéticos utilizados en IRM sean lineales, es decir la variación del valor del campo magnético en la dirección del gradiente debe de ser lo mas uniforme posible. Para lograr un gradiente magnético lineal en una dirección pueden utilizarse diversos diseños. Para crear gradiente lineales horizontales en campos magnéticos horizontales (Por ejemplo en un diseño helicoidal de campo horizontal, crear un gradiente lineal a lo largo del eje del cilindro) se utiliza el diseño de Maxwell o antisimétrico formado por un par de bobinas recorridas por corrientes continuas en sentido contrario. (Fig 2.6). Una bobina B1 en un extremo del solenoide principal del imán, centrada sobre el mismo eje y recorrida por una corriente en el mismo sentido que la del bobinado principal, crea un campo magnético que se suma vectorialmente al campo magnético principal. Como el campo magnético de la bobina B1 disminuye a medida que nos alejamos de ella, sobre el eje del helicoide el campo magnético irá disminuyendo. Una segunda bobina B2 en el extremo opuesto, también centrada sobre el mismo eje pero recorrida por una corriente en sentido contrario, crea un campo magnético que se resta vectorialmente al campo magnético principal siendo mayor la sustracción a medida que más nos acerquemos a la bobina B2. El resultado de aplicar este par de bobinas es la creación a lo largo del eje, de una variación uniforme del campo magnético, es decir, de un GRADIENTE MAGNÉTICO LINEAL decreciente en el sentido de B1 a B2. A estas bobinas se les denomina bobinas de gradiente.

B2

B1 a

b

c

z

z Ba

Bb

Bc

B Ba

Bb

Bc

Fig 2.6. Creación de un gradiente magnético lineal a lo largo del eje del imán. Las dos bobinas B1 y B2 recorridas por corrientes en sentidos contrarios, crean sobre el eje del imán una variación uniforme del campo magnético B a lo largo de la dirección del eje z La representación de la variación del valor de B a lo largo del eje z se denominarepresentación espacial del gradiente y en un gradiente lineal corresponde a una recta cuya pendiente corresponde al valor del gradiente.


2. 7.

Para el diseño de gradientes lineales transversales (o perpendiculares al anterior) normalmente se utiliza el diseño en cuatro bobinas en doble silla (diseño Golay) (double saddle coil) Fig 2.7.

Gy Fig 2.7. Diseño de cuatro bobinas en doble silla (diseño Golay) para lograr gradientes lineales transversales.

Dentro del imán y centradas respecto a su isocentro existen un conjunto de bobinas para crear gradientes en las tres direcciones del espacio. El conjunto tipo Maxwell para crear el gradiente horizontal y dos montajes ortogonales tipo Golay para crear los dos gradientes transversales perpendiculares. (Fig 2.8.). Estas bobinas de gradiente constituyen el llamado cilindro de los gradientes ya que se distribuyen sobre un cilindro colocado, en los de diseño helicoidal, por dentro del conductor que crea el campo.

Gy

Gz

Gx Fig 2.8. El cilindro de gradientes en un aparato de diseño helicoidal.

Por combinación de corrientes, estas tres pares de bobinas pueden crear gradientes lineales en cualquier dirección preseleccionada del espacio ya que el gradiente es una magnitud vectorial. Esto confiere a la RM la propiedad única como técnica de imagen de poder obtener de forma directa imágenes tomográficas en cualquier dirección del espacio y fuera del isocentro . El valor del gradiente se expresa midiendo la variación del campo magnético por unidad de longitud en la dirección determinada. Es decir por la pendiente de la gráfica de la variación de B con la longitud. (Representación espacial del gradiente ). El valor máximo de esta pendiente, indicará el valor máximo que puede alcanzar un gradiente (Gmáx) y se expresa en militesla/metro (mT/m) o en Gauss/cm. Al valor Gmáx también se le denomina AMPLITUD MÁXIMA DEL GRADIENTE y es un valor de referencia en nuestra máquina de resonancia. Actualmente se están trabajando con gradientes que pueden llegar a los 60 mT/m. y en pequeños FOV (Field of View: Campo de Visión o zona a representar en imagen) algunos gradientes ascienden a 80 mT/m.

El valor de Gmáx interviene entre otros factores en la resolución espacial máxima y es fundamental para fijar el grosor mínimo del corte y el mínimo FOV. Aumentar los valores de los gradientes implica aumentar la intensidad de la corriente continua que circula por las bobinas de los gradientes.

2. 8.


La linealidad de los gradientes en todo el campo de visión que utilizaremos para hacer la imagen debe ser comprobada y es un buen inició de jornada colocar un maniquí (fantom) esférico suministrado por la casa comercial para realizar una imagen antes de colocar el paciente. Podemos observar los contornos y medir las distancias. Cualquier alteración nos marcaría una perdida de linealidad. A la vez podemos medir el cociente S/R y comprobar la uniformidad del campo magnético. Es importante que los gradientes conserven la linealidad en el FOV máximo que podamos realizar en la máquina (por ejemplo 50 cm en dirección z) ya que normalmente se pierde en los extremos, originando un artefacto que puede compensarse utilizando los llamados filtros de FOV grandes (Fig 2.9)

Sin filtro

Con filtro

Fig 2.9 Artefacto por perdida de linealidad de los gradientes en los extremos de un FOV grande y su corrección mediante filtros.

El papel de los gradientes es fundamental en Resonancia Magnética. Con ellos se hace la selección de plano tomográfico en la excitación y la codificación en frecuencia y en fase de la relajación nuclear. Fijémonos que establecer un gradiente en una dirección equivale a poder identificar la posición por el valor del campo magnético que existe en aquella posición . (Fig 2.10).(Codificación espacial a través del gradiente )

Bo

+ Gz.

z

Gz

Bo Bo

- Gz.

z

z zo

-

z B

zo

zo

+ z A

Fig 2.10 El gradiente a lo largo de una dirección (z), sirve para establecer una relación de identificación o codificación entre la posición en el eje z y el valor del campo magnético en el punto. La situación de un punto en el eje z queda identificado por el valor del campo magnético. Si Bo es el valor del campo magnético en z o, y el valor del Gradiente es Gz, En un punto A situado a una distancia (zo+∆z) existe un campo magnético que vale (Bo + Gz. ∆z). Por tanto si conocemos el valor del campo magnético en un punto, por ejemplo (Bo - Gz. ∆z), podemos identificar su posición (zo-∆z) (Punto B). Se ha establecido una codificación espacial de la posición mediante el gradiente.


2. 9.

Aparte de su Gmáx, es importante para valorar los gradientes de un sistema, la rapidez en que se logra el establecimiento de su Gmáx ya que el desarrollo de la tecnología de los gradientes ha sido la pieza fundamental para rebajar los tiempos de adquisición de las imágenes RM.

Cuando queremos valorar las posibilidades de un tomógrafo RM hay que valorar las prestaciones de su sistema de gradientes. A lo largo de una exploración RM, los gradientes magnéticos actúan durante breves instantes (del orden de los milisegundos) en momentos estratégicos. Por esto es frecuente hablar de pulsos de gradiente . Por tanto la manera usual de representarlos en un diagrama RM es indicando sobre un eje de tiempos cuando entran en juego. Es decir representar el valor de la variación de G con el tiempo. (Representación temporal de los gradientes) (Fig 2.11.) Si representamos la entrada y salida del gradiente magnético en la dirección z, utilizando un eje de tiempos en abcisas y en ordenadas el valor del gradiente (mT/m) ,el gradiente es nulo antes del tiempo t1. En t1 se activa y alcanza el valor G(z)máx en el tiempo t2 que mantiene constante durante todo el intervalo (plateau) hasta t3 . En t3 se cierra cayendo otra vez a cero en t4. Esta representación temporal corresponde a la acción de un gradiente lineal trapezoidal en la dirección del eje z.

mT/m

plateau

Gz máx

t1

t2

t3 t4

t

Rise Time

Fig 2.11. Representación temporal de la acción de los gradientes. En el tiempo t 1 se activa, alcanza su valor Gz(máx) en el tiempo t 2 .Se mantiene contante hasta t 3 y al cerrar la corriente, desaparece en el tiempo t 4. El tiempo en que se mantiene el valor máximo del gradiente constituye el “plateau”. El tiempo que tarda en alcanzar el valor máximo (entre t1 y t2) constituye el tiempo de ascenso o “Rise Time” (RT) La rapidez de instauración del gradiente (viene determinada por la pendiente de la gráfica en el Rise Time) se denomina “Slew Rate”: SR

En gradientes trapezoidales el tiempo desde que se activan los gradientes hasta que alcanzan el valor máximo constante de trabajo (plateau) se conoce como tiempo de ascenso o "rise time" (RT) . De igual forma, el tiempo que tarda en caer del “plateau” a cero se conoce como tiempo de caida o "fall time" . Por la simetría del diseño ambos tiempos son idénticos, por lo que solo se hace referencia en las especificaciones al RT. Estos tiempos de entrada y salida de los gradientes han ido disminuyendo a medida que la tecnología ha mejorado. Se expresan en µs y podemos encontrar tiempos de ascenso que bajan a los 100 µs Recibe el nombre de gradient duty cycle el porcentaje de tiempo en que los gradientes están actuando dentro de una secuencia. El gradient duty cycle limita entre otros, el número de planos que podremos obtener en un determinado período. Por lo general esta dentro del tiempo del plateau, pero en determinados casos puede sobrepasarlo. También es importante el concepto de slew rate o (SR) que equivale a valorar la rapidez con que se instauran los gradientes. El slew rate se define como el cociente entre el valor máximo del gradiente (Gmáx) y el rise time:

Slew rate = G máx / rise time (Se expresa en T/m/s) (Por ejemplo si un gradiente de 15 mT/ m se alcanza en 1000 µs el SR es de 15T/m/s) Podemos encontrar SR que llegan a 200 T/m/s.

El SR es el factor determinante para la rapidez en la adquisición de las imágenes. Cuanto mayor es el SR más rápida puede ser la secuencia.

2. 10.


Lograr valores altos de SR implica altos voltajes sobre las bobinas de los gradientes. Se utilizan para ello amplificadores especiales (Voltage boosters).

El área delimitada por la variación del gradiente (ascenso, plateau y caída) en el dominio temporal, fija la resolución espacial alcanzable. Cuanto mayor sea el área mayor la resolución espacial. Las secuencias hiperápidas que precisan SR elevados, tendrán que trabajar con Rise Time cortos y alcanzar los Gmáx mas elevados posible. Esta visión temporal de la puesta en acción de un gradiente trapezoidal presupone una dirección determinada (z). En esta dirección (especificada por el subíndice) se muestra la variación del valor o módulo del gradiente Gz. También puede representarse el sentido, tomando valores positivos (+ Gz ) si es creciente en un sentido y negativos (- Gz) si es decreciente o creciente en el sentido contrario. En resonancia magnética se utilizan frecuentemente los llamados gradientes bipolares. Son gradientes que se crean a lo largo de una dirección y durante un cierto tiempo se establecen en un sentido para posteriormente cambiar su sentido manteniéndose un periodo de tiempo idéntico al anterior. En la Fig 2.12. se esquematiza la representación temporal de un gradiente en la dirección z y en un sentido (-Gz) .seguido de un gradiente de igual valor pero de sentido contrario +Gz mantenido durante un tiempo idéntico. En el gradiente bipolar se suelen denominar las dos partes como lóbulo (lóbulo negativo y lóbulo positivo). Los dos lóbulos pueden ser contiguos en el tiempo como es el indicado en la Fig 2.12, pero pueden estar separados un cierto intervalo de tiempo. La importancia de los gradientes bipolares en RM veremos que reside básicamente en que al aplicarlo a los núcleos no afecta a su fase mientras permanezcan en el mismo sitio del espacio. Esto permitirá entre otras aplicaciones separar los núcleos móviles de los estacionarios.

Gz

+G

z

t

-G

z

Fig. 2.12. Representación temporal de un gradiente bipolar trapezoidal. El ramp time es el tiempo que tarda el gradiente de pasar de uno a otro valor máximos de los lóbulos

Ramp time

Otro término utilizado últimamente en gradientes bipolares es el de ramp time que indica el tiempo que tarda en pasar de uno a otro valor máximo de los lóbulos en gradientes bipolares de lóbulos contiguos y que en 4 gradientes bipolares trapezoidales vale el doble que el rise time (Fig 2.12.). Según estudios publicados() el ramp time tiene un papel determinante para valorar los efectos de la posible excitación nerviosa que puede producirse debida a las rápidas variaciones magnéticas. Un gradiente bipolar implica que durante el valor por ejemplo + Gz el campo magnético aumenta sobre el eje z en un sentido mientras que cuando existe el valor - Gz el campo magnético aumenta en el mimo valor pero en sentido contrario. En el espacio a lo largo del eje del gradiente, los valores del campo magnético han basculado de un sentido a otro respecto el valor del punto central ( Fig 2.13) 4

Reilly J.P. Med. and Biol. Eng. and Comp. 1989 (27):101-110


2. 11.

+ Gz B

B o+ ∆B

Bo G

+ Gz

z

+

z o

∆z

z

o

z + ∆z o

t -G B

-

z

-Gz Bo B o - ∆B z z o

∆z

z

o

z + ∆z o

Fig 2.13. Efecto de un gradiente bipolar (+Gz, -Gz) El gradiente bipolar representado en un diagrama temporal (G, t) presenta un lóbulo positivo (+Gz) y un lóbulo idéntico negativo (-Gz). Su efecto en el espacio es que sobre el eje z durante el tiempo del plateau (+Gz) los valores del campo magnético crecen en la dirección (zo+ ∆z) llegando al valor (Bo+ ∆B) a la distancia (zo+ ∆z). Al invertirse el gradiente (-Gz) y una vez alcanzado el “plateau” negativo, sobre el eje z los valores de B han basculado sobre zo de tal forma que a la distancia (zo+ ∆z) ahora el campo magnético vale (Bo- ∆B) Al interesarnos por una máquina de RM, aparte del valor de campo magnético estático de trabajo, hay que interesarse en la tecnología de los gradientes, tanto su diseño como los valores que los definen, en especial el valor máximo Gmáx y el “slew rate”. Hay que tener en cuenta que el diseño de los gradientes no depende del valor del campo magnético y deben valorarse de forma independiente. Los gradientes más rápidos en máquinas RM de uso clínico se mueven sobre valores del orden de los 200 T/m/s de SR (año 2008). Parece difícil de superar estos valores ya que existe un límite fisiológico: Las variaciónes rápidas del campo magnético con valores altos de SR y Gmáx, pueden llegar a inducir potenciales de acción nerviosa y en consecuencia la aparición de contracciones musculares. Podemos encontrar comercializados multitud de combinaciones con ambos factores. Por ejemplo: SR: 200T/m/s con Gmáx de 45 mT/m o bien SR:150 T/m/s con Gmáx de 50 mT/m

Los gradientes deben adquirirse según los objetivos que pretendemos en la utilización de la RM. Algunas veces es mejor comprar unos gradientes intermedios bien compensados que comprar los más rápidos y los mas potentes. Los nuevos gradientes añaden complejidad en las instalaciones ya que precisan por lo general un sistema de refrigeración por agua tanto en los generadores de los gradientes como dentro del cilindro de examen. Por otra parte las variaciones de campo magnético producen ruidos rítmicos debido a las vibraciones generadas por las fuerzas electromotrices sobre los materiales inducidas por las variaciones temporales de los pulsos de gradientes. Estos ruidos pueden alcanzar niveles desagradables (sobrepasando incluso los 110 dB en determinadas secuencias). Las casas comerciales tratan de disminuir este ruido de audio-frecuencia mediante construcciones más compactas del cilindro de gradientes, intercalando espacios vacíos o creando antirruido. Aunque algunos diseños logran atenuaciones del orden de los 30 dB siempre es conveniente dar al paciente

protectores acústicos.

2. 12.


La entrada y salida de los gradientes implica variaciones de campo magnético que sobre cualquier circuito conductor (metálico o electrolítico) implica la aparición de corrientes inducidas conocidas como corrientes de EDDY. Las corrientes de Eddy en su origen son variables y por tanto a su vez inducen campos magnéticos que producirán artefactos en la imagen conocidos como artefactos de Eddy. Para evitarlos se utilizan los llamados gradientes autoapantallados que consisten en dos juegos de bobinados en sentido contrario que minimizan los efectos inductivos hacia el exterior (donde existe el bobinado del campo magnético) NOTA 2.1. Los gradientes en Resonancia Magnética son fundamentales en los procesos de la obtención de las imágenes. Se utilizaran en la excitación para seleccionar el plano tomográfico y en la relajación para codificar espacialmente la procedencia de la señal.

NOTA .2.2. Aparte de los gradientes “lineales” de forma trapezoidal, las nuevas técnicas en IRM pueden utilizar otro tipo de gradientes de forma oscilante llamados “resonantes”. Actualmente los gradientes lineales trapezoidales quedan englobados dentro de un concepto más amplio de gradientes no resonantes. Podemos diferenciar los siguientes diseños de gradientes (Fig 2.14.): A) GRADIENTES RESONANTES: Siguen una forma sinusoidal y son capaces de lograr la mayor rapidez en las alternancias de polaridad. Un inconveniente es la poca resolución espacial que se puede lograr ya que esta depende del área que hay debajo de cada oscilación. B) GRADIENTES “CATCH AND HOLD”: Es una variante de los gradientes resonantes consistente en ampliar las lobulaciones de cada ciclo a fin de aumentar la resolución espacial. Ello se logra interrumpiendo la forma sinusoidal e insertando un “plateau” de amplitud fija en cada oscilación.

C) GRADIENTES TRAPEZOIDALES O NO RESONANTES. Las alternancias se producen mediante una serie de gradientes bipolares.

G

A)

B)

C)

Fig 2.14. Formas de los gradientes a) Gradiente resonante. b) Gradiente “catch & hold” .c) Gradiente trapezoidal.

En consecuencia cuando adquirimos una máquina de resonancia debemos tener en cuenta sus gradientes y fijarnos especialmente en Valor máximo (Gmáx) y Slew Rate (T/m/s) por eje (El RT se deduce de ambos). El Duty cicle ( aprovechado en determinadas secuencias rápidas). Si son autoapantallados, su potencia eléctrica máxima necesaria, la disipación calórica y forma de refrigerarse (flujo de aire, agua). Desde el punto de vista de imagen, el grosor mínimo en 2D, el FOV mínimo y el máximo aceptable (valoración de linealidad) así como con el valor del campo la Resolución espacial.


2. 13.

2.4. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA Los cuerpos materiales contienen cargas eléctricas en continuo movimiento (Ejemplo: electrones girando en sus órbitas). En consecuencia los cuerpos materiales poseen propiedades magnéticas . Estas propiedades magnéticas dependen básicamente de la composición electrónica. Al colocar un cuerpo en un campo magnético, se comporta de una forma particular de acuerdo con su configuración interna. Este comportamiento se cuantifica mediante la SUSCEPTIBILIDAD MAGNÉTICA ( ). La Susceptibilidad Magnética de una sustancia es por lo tanto una medida de la tendencia a magnetizarse cuando se coloca en un campo magnético externo. (Para ampliación ver ANEXO A.2.2(A)) Esta tendencia está presente en todos los materiales pero sus valores varían sobre muchas órdenes de magnitud. La susceptibilidad de los tejidos humanos blandos es del orden de un 10% de la del agua que es de -6 9,05 10 en unidades del sistema Internacional (SI). Como regla general se pueden clasificar los materiales según el valor de su susceptibilidad magnética. Si < 0, los cuerpos se llaman DIAMAGNÉTICOS y se conocen en general como no magnéticos. En su interior el campo magnético tiende a ser menor que el campo magnético externo a que está sometido. Estos cuerpos en general no presentan movimientos al colocarlos en un campo magnético o si acaso, tenderían mínimamente a desplazarse hacia las regiones donde el campo magnético es menor. Colocados en un campo magnético uniforme, tienden a dispersar las líneas de campo. El agua, la mayoría de moléculas orgánicas y de tejidos biológicos son diamagnéticos. Es muy importante este grupo de materiales ya que las técnicas modernas de la IRM contemplan los procesos intervencionistas y por lo tanto, el uso de materiales dentro del campo magnético. Estos materiales suelen llamarse en general “compatibles” (actualmente “seguros”: ver capítulo de Riesgos). Entre los materiales compatibles señalemos: Oro, Plata, Platino, (las tres T’s: Titanio, Tántalo, Tungsteno), Materiales Cerámicos, Zirconio, Silicona-nítrido, Plexiglás, Nylon, Teflón, Aluminio. Aunque en general todos ellos se denominan compatibles. Se puede hacer una distinción mas fina en especial teniendo presente su uso en las técnicas intervencionistas. Podemos agruparlos en dos niveles de compatibilidad: Los materiales del primer nivel son suficientemente no magnéticos (aproximadamente entre -5 -2 10 y 10 ) para que no presenten fuerzas apreciables, pero pueden producir distorsiones o degradaciones en la imagen. Estos materiales son aceptables como instrumentación que no tiene que estar presente en la zona a explorar. -5

Los materiales del segundo nivel con una susceptibilidad inferior al 10 son tan cercanos a la susceptibilidad del tejido humano que prácticamente no van a producir ninguna distorsión en la imagen. Aquí se incluyen aparte de los materiales cerámicos, el Nilón, el Teflón y el Zirconio entre otros. Si χ > 0, los cuerpos se llaman PARAMAGNÉTICOS. En su interior del campo magnético es mayor que el campo a que está sometido y tienden a desplazarse hacia las zonas donde el campo magnético es mayor. Estos cuerpos presentan movimientos ya que son atraídos con mayor o menor fuerza hacia el imán alineándose con el campo magnético. Colocados en un campo magnético uniforme, tienden a concentrar las líneas de fuerza. Los materiales paramagnéticos poseen a nivel atómico, electrones no apareados y asimetría de sus órbitas. +2 +2 Ejemplo, los radicales libres y los iones metálicos Cu , Mn , etc . Los elementos de la tabla periódica considerados como tierras raras como el Gadolinio (Gd) o el Dysprosium (Dy) y sus complejos, se encuentran entre las sustancias de mayor paramagnetismo por poseer +3 multitud de electrones no apareados. Los quelatos de GADOLINIO (Gd ) se utilizan como sustancias de contraste habituales en IRM. El quelato disminuye su toxicidad aumentando su estabilidad. Dentro de las sustancias Paramagnéticas están las FERROMAGNÉTICAS que se caracterizan por tener susceptibilidad magnética muy elevada. El ferromagnetismo involucra a agrupaciones de átomos o moléculas que forman dominios magnéticos con χ elevadas que les implican una memoria magnética o magnetización remanente en la que los valores de la χ que presentan en un momento determinado depende de la historia magnética pasada por el material y estas sustancias, como el Hierro, el Níquel y el Cobalto se caracterizan por presentar imantación permanente una vez fuera del campo magnético. Las sustancias ferromagnéticas son totalmente incompatibles con la IRM.

2. 14.


También dentro de las substancias Paramagnéticas hemos de considerar las Superparamagnéticas. Se asemejan a las ferromagnéticas pero sus dominios magnéticos son mucho más pequeños incluso pueden ser de un solo dominio. Cuando se colocan bajo un campo magnético presentan en su interior una gran magnetización con lo que se convierten en superparamagneticas, pero no tan elevada como en la ferromagnéticas debido a la menor extensión de sus dominios magnéticos. A diferencia de las substancias ferromagnéticas no retienen ninguna magnetización cuando se sacan del campo externo ya que no presentan memoria magnética y por tanto no tienen imantación permanente . El organismo humano es diamagnético, pero los distintos tejidos biológicos poseen distintos valores de susceptibilidad. Por ejemplo la susceptibilidad del aire, del LCR o del hueso, son diferentes. Esto origina que en las interfases entre tejidos biológicos de diferente susceptibilidad se originen rápidas variaciones locales del valor del campo magnético conocidas como gradientes por susceptibilidad y son responsables de los llamados artefactos por susceptibilidad que origina variaciones de la señal en las exploraciones de RM. (Fig 2.15)

Fig 2.15 Artefacto de susceptibilidad magnética debido en la base de cráneo debido a la diferencia de susceptibilidades magnéticas en la interfase hueso- Líquido Cefaloraquídeo

También se crean gradientes por susceptibilidad por la presencia de materiales paramagnéticos en los tejidos. Estos materiales pueden ser endógenos o exógenos . Los materiales endógenos incluyen ciertos productos de degradación de la sangre como son: la desoxihemoglobina, la metahemoglobina, la hemosiderina y la ferritina. También pigmentos como la melanina. Los materiales exógenos introducidos en el organismo se utilizan como sustancias de contraste. Estas sustancias como el gadolinio, el manganeso o los compuestos de hierro, son capaces de crear gradientes por susceptibilidad entre distintos compartimentos orgánicos. En algunas exploraciones de IRM se trata de aprovechar el efecto que producen sobre los núcleos de H las heterogeneidades producidas por los efectos de susceptibilidad (por ejemplo imágenes de perfusión). En otros casos se trata de evitarlos. Por diversas causas, el organismo humano puede ser portador de sustancias no diamagnéticas (algunos tipos de clips quirúrgicos o prótesis) con posibilidad de movimiento en el campo magnético. Por otro lado aunque los materiales diamagnéticos pueden ser sometidos a exploración RM, algunos producen una distorsión del campo magnético que se traduce en artefactos en la imagen que pueden impedir la obtención de una información útil. (Fig. 2.16). Por todo ello hay que someter al paciente a un interrogatorio exhaustivo tanto respecto a sus antecedentes quirúrgicos como a los laborales en especial a los que trabajan en metalurgia

Fig 2.16. Artefacto de susceptibilidad magnética producido por un clip Sugita en un campo de 0,15 T


2. 15.

Actualmente existen multitud de publicaciones indicando la compatibilidad de los principales implantes, prótesis y todo tipo de utensilios y aparatos que puedan encontrarse o tener relación con las exploraciones de RM. Este apartado será estudiado con detalle en el capítulo 19 dedicado a riesgos en estos apuntes. F.G.SHELLOCK el Reference Manual for Magnetic Resonance Safety, Implants and Devices : Edición 2007 ISBN: 978-0-9746410-3-4 del Biomedical Research Publishing Group. Los Angeles 2007 Existen varias webs de consulta actualizada, señalemos: www.MRIsafety.com y www.radiology.upmc.edu/MRsafety/ En caso de que existan dudas sobre el tipo del material del que el paciente puede ser portador y no lo encontremos en las reseñas bibliográficas fijándonos exactamente el tipo, marca y año, debemos comprobar con una muestra idéntica en primer lugar, su comportamiento bajo el campo magnético (medidas de tracción y torsión en las zonas de máximo gradiente) y en segundo lugar si se produce o no artefacto en agua.

Si no podemos hacer ninguna comprobación, no estamos seguro de cómo lo hemos hecho o no encontramos referencias sobre el comportamiento del elemento metálico, hay que valorar muy bien el riesgo y ante la duda no debemos realizar la exploración.

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A2.1: TIPOS DE APARATOS RM. V(08-1)

A2.1. 1

ANEXO A2.1. TIPOS DE APARATOS RM: ASPECTOS COMPARATIVOS.

Actualmente podemos dividir los imanes utilizados en IRM por su diseño en:

C

Escáners dedicados a extremidades (Extremity-MRI: E-MRI) Escáners de cuerpo entero (Whole-body magnets) que pueden a su vez dividirse en cilíndricos y los no cilindricos. Los imanes cilíndricos desarrollaron primero.

son los que históricamente se

El diseño de los conductores para lograr un campo magnético lo mas uniforme posible ha ido variando con el tiempo. La mayor uniformidad se lograría si el conductor se enrollara uniformemente sobre una superficie esférica. (Fig.A2.1.1) Para dejar paso de entrada al paciente se diseñan diversas aproximaciones al diseño ideal. Los dos más comunes son: El diseño en anillos y el helicoidal. La dirección del campo magnético es horizontal según el eje del diseño.

Fig A2.1.1.

El diseño helicoidal o en solenoide forma un tubo cilíndrico de unos 100 cm de apertura. (Fig.A2.1.2.) Dentro de este cilindro se introducirán otros cilindros concéntricos que contendrán el cilindro de gradientes, la bobina emisora-receptora de body y finalmente el paciente. El espacio final útil que le queda al paciente constituye el cilindro de examen y la apertura o bore del imán y suele ser de unos 60 cm. La zona a explorar se introduce en el isocentro del imán donde el campo magnético es más uniforme. Aunque con este diseño pueden encontrarse aparatos con campos magnéticos bajos y medios es el diseño habitual para los tomógrafos superconductivos de alto campo. Presentan problemas asociados con claustrofobia. Actualmente la longitud del cilindro se va reduciendo hablándose d e diseños cilíndricos cortos. El diseño en anillos consiste en bobinados de conductor en forma de aros concéntricos. Una aproximación a la uniformidad de la figura esférica se logra con un conjunto de 4-6 anillos.(Fig. A2.1.3.) El cilindro de examen se sitúa en el eje del conjunto de anillos. Es un diseño que se utiliza en imanes de tipo resistivo.

Fig A2.1.2.

Fig A2.1.3.

Los imanes no cilíndricos de cuerpo entero, que son más abiertos que los anteriores, presentan básicamente dos configuraciones: El formado por dos aros paralelos centrados sobre el mismo eje y conocidos con el nombre del doble "donut". El paciente puede ser introducido sobre el eje de los aros o entre los donuts. Este diseño favorece las técnicas intervencionistas ya que el especialista puede colocarse entre los dos “donuts”. El campo magnético máximo alcanzado es de 0,5 T (1999) (fig A2.1.4.)

Fig A2.1.4.

A2.1. 2

A2.1: TIPOS DE APARATOS RM. V(08-1)

Fig A2.1.5.(a)

Otra presentación mas generalizada consiste en lograr que la zona a explorar quede entre dos caras paralelas que componen los polos de un imán permanente o híbrido, pudiendo quedar el resto del imán abierto con lo que se reduce o suprime la sensación de claustrofobia. Para soportar estos dos polos hay varios tipos de diseño. El que posee dos soportes laterales (Fig A2.1.5.(a)) con los polos del imán creando un campo vertical o bien los dos polos verticales creando un campo horizontal.(Fig A2.1.5 (b)). Este último es el utilizado en los permanentes que permiten al paciente estar sentado o hacer exploraciones dinámicas. Otros diseños tienen forma de templete con columnas abierto a los cuatro lados (Fig A2.1.6.)y también encontramos los imanes que tienen un único soporte que le da una configuración en C (Fig A2.1.7.).

Fi A2.1.5 b .

Aunque estos aparatos tienen campos magnéticos bajos o intermedios, el hecho de crear un campo magnético vertical presenta diversas ventajas ya que pueden utilizar antenas receptoras solenoidales y el cociente señal/ruido en la exploración los hacen comparables a imanes de campo magnético horizontal nominalmente superiores. Se encuentran comercializados (2008) imanes abiertos superconductivos de campo vertical de 1,2 T

Fig A2.1.7.

Fig A2.1.6.

Existen imanes permanentes de bajo campo que pueden rotar sobres u isocentro, lo que permite estudios de carga en los pacientes, por ejemplo en hernias discales.

Los imanes dedicados a extremidades (E-MRI), (Fig A2.1.8.) son normalmente de bajo campo y permiten explorar zonas concretas. Al ser de bajo campo tienen menor señal de magnetización en los voxels y precisan tiempos más largos de obtención para lograr cocientes de señal /ruido y resoluciones espaciales comparables con los de alto campo. Esto implica inmovilizaciones largas del paciente. Actualmente existen imanes dedicados que logran 1 T de campo magnético. Fig A2.1.8.

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A2.2. INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO (H) E INDUCIÓN MAGNETICA (B). V(08-1)

ANEXO A2.2. INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO (H) E INDUCIÓN MAGNETICA (B).

A2.2. 1

A

El vector B (normalmente llamado campo magnético) también se conoce como campo magnético de inducción o densidad de flujo magnético o inducción magnética. Sus unidades son el Tesla (T) en el sistema Internacional (SI) y el Gauss en el sistema CGS (centímetro, gramo, segundo). Otra magnitud vectorial relacionada, es el vector H conocida como Intensidad de Campo Magnético. H y B tienen diferentes unidades y significados físicos distintos. (Las unidades de Intensidad de campo son el Amperio por metro en el SI y Oersted en CGS). Mientras H debe considerarse como una fuerza magnetizadora externa aplicada sobre un cuerpo, B representa la el campo magnético inducido en el cuerpo al colocarse bajo H . Por tanto, H depende de la distribución de las corrientes que dan lugar al campo magnético mientras que B depende además de la materia que consideremos. En el vacío B y H son equivalentes, excepto por un factor µ o de ajuste por tanto: B (vacio) = µ o H siendo µ o la llamada permeabilidad del espacio libre. Cuando se introduce un cuerpo bajo H , debido a las cargas eléctricas que posee (básicamente los electrones en movimiento) se producen interacciones electromagnéticas con el campo externo induciéndose dentro de la materia unos valores magnéticos que pueden aumentar o disminuir el campo magnético en el interior dependiendo de las propiedades del cuerpo que reflejamos por µ ( permeabilidad magnética relativa). En consecuencia: B = µo µ H µ

es un valor sin dimensiones (CGS)

Si µ > 1, sugiere que el campo inducido en el interior del material es mayor (las líneas de campo son mas concentradas) que el que existiría en el vacío. Por el contrario si la permeabilidad magnética es <1 el campo magnético en el interior puede considerarse como menor y sus líneas de campo mas dispersas) La permeabilidad magnética µ está íntimamente relacionada con otra magnitud llamada susceptibilidad magnética (χ) que es la que utilizaremos a efectos prácticos en RM. En el sistema CGS:

µ

= 1 + 4πχ

De esta forma podemos describir los efectos de introducir un material de susceptibilidad magnética χ dentro de un campo magnético de intensidad H como la aparición en su interior de una magnetización inducida M por unidad de volumen que podemos calcular como: M = χ H (sistema CGS). Si χ> 0, M apunta en la misma dirección que H y el campo magnético efectivo en el interior está aumentado y llamaremos a estas sustancias paramagnéticas Si χ< 0, M apunta en dirección contraria a H y el campo magnético efectivo en el interior está disminuido y llamaremos a estas sustancias diamagnéticas. -------------

V(07-1)

TEST

2. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA. Nº

C

F

2.1.

En un punto donde coinciden un campo magnético de 1T con otro campo magnético de 1T, el campo magnético resultante puede ser nulo .

2.2.

Una corriente alterna crea un campo magnético variable.

2.3.

Los imanes superconductivos son electroimanes.

2.4.

Un tomógrafo resistivo siempre tienen un campo magnético inferior a un superconductivo.

2.5.

Sobre un mismo volumen esférico un aparato resistivo que presenta variaciones de 3 ppm, es mas uniforme que un superconductivo de 5 ppm .

2.6.

Cuanto mayor es el gradiente magnético mayor es la variación del valor del campo magnético con la distancia en el sentido del gradiente.

2.7.

Si un punto está sometido a un gradiente magnético lineal, el campo magnético que percibe aumenta con el tiempo

2.8.

Si la amplitud máxima de los gradientes es de 15 mT/m y su "Rise Time" es de 1000 µs., el "Slew Rate" es de SR=15 T/m/s.

2.9.

Para estudios estáticos en el sistema músculo-esquelético precisamos gradientes con valores altos de SR

2.10.

La definición espacial que logramos en RM depende del valor del campo magnético y no depende de los gradientes

2.11.

Podemos explorar un paciente con un clip de plata.

2.12.

En un volumen de sangre, el cambio de oxihemoglobina a desoxihemoglobina, implica cambios de susceptibilidad magnética.

2.13.

El shiming es una maniobra que tiene por finalidad lograr un campo magnético lo más uniforme posible.

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2 Propiedades Magneticas v 08 Gili

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