Radiology and Physical Medicine

BASICS PRINCIPLES OF NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE FUNDAMENTOS DE LA RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

April 20, 2019 | Translate

The Nuclear Magnetic Resonance receives its name for being obtained from signals coming from the nucleus of the atom.

The proton has a positive charge that moves with it and turns on itself, which is called spin. In doing so, each proton generates an electric current accompanied by a small magnetic field (like a magnet). When the patient is introduced in a powerful magnet, the protons lines up with the magnet’s magnetic field of the equipment (longitudinal magnetization). The protons move around major axis of the external magnetic field (precession movement), besides the spin1.

Energy in pulses of radiofrequency is applied that is absorbed by the protons, provided that it presents a suitable frequency, which is equal to the precession frequency. The precession frequency is calculated with the Larmor equation:

ω0 = γB0

Where ω0, is the precession frequency. γ, is the radius of magnetic rotation that varies for different materials, and B0, the strength of the external magnetic field1.

By sending radiofrequency pulses, with the same precession frequency calculated with the Larmor equation, we are transferring energy to the protons (resonance phenomenon). In this way, the nuclei capture this energy by changing its orientation and magnetic vector, so that the longitudinal magnetization decreases and a transverse magnetization appears. Finally, the radiofrequency is suppressed, the nuclei tend to return to their base state (relaxation) and release energy, in the form of an oscillating electrical signal (echo), which we detect. This released energy, which is also a radiofrequency pulse, is called a signal and is measured at times T1 and T22.

The relaxation times (T1 and T2), are fundamentally times that measure the speed of recovery of the resonant nuclei when subjected or disturbed by the appropriate radiofrequency waves.

T1: It is the parameter that measures the longitudinal return of the protons for their alignment with the external magnetic field after the radiofrequency pulse is interrupted (longitudinal relaxation)2.

T2: It is the parameter that measures the time it takes the transverse magnetization to decrease and disappear (transversal relaxation).

In general, T1 is longer than T2 and, for example, water and tissues with a high liquid content have longer relaxation times than fat.

The radiofrequency pulses are differentiated by the amount of energy they transfer to the protons, causing more or less relaxation. An MRI sequence usually consists of several radiofrequency pulses that may be different from each other. The difference between some images depends on the type of radiofrequency pulses used and the time between them1.

The MR images can be enhanced in T1 or in T2. The images in T1 allow to clearly distinguish anatomical structures and have less sensitivity to pathological changes. However, in T2 the anatomical structures are not represented with such sensitivity, but the sensitivity is greater in the face of pathological changes3.

The receiver of the MRI equipment captures the longitudinal and transverse relaxation of the protons. The information obtained directly from the relaxation of the protons is called raw data matrix or space k, which is nothing more than a grid of points that must be transformed using the Fourier equation to obtain an interpretable image: 1

J= -K (T/x)

 

The image is created using a computer.

 

Bibliographic references:

  1. Novelline, R. (2000). Squire Fundamentos de Radiología. Barcelona: Masson
  2. Hore, P.J. (2000). Resonancia Magnética Nuclear. Buenos Aires: Eudeba.
  3. Cobeñas R, Aguilar M, Aranguren J, Gallo J, Espil G, Kozima S. Cefalea… ¿y algo más? Neuroimágenes en el estudio de la cefalea. Revista Argentina de Radiología. 2016;80(3):192-203. (Imagen 2).

Figure – available via license: CC BY-NC-ND 4.0

 

Manuela Castañeda Taborda

Isabel María Taboada Berlanga

Alba Cordero González

Carolina Valero Solera

La Resonancia Magnética Nuclear recibe su nombre por ser obtenida a partir de señales provenientes del núcleo de átomo.

El protón tiene una carga positiva que se mueve con él y da vueltas sobre sí mismo, a lo que se denomina espín (spin). Al hacerlo, cada protón genera una corriente eléctrica acompañada de un pequeño campo magnético (como un imán). Cuando el paciente es introducido en un imán muy potente, los protones se alinean con ese campo magnético del imán del equipo (magnetización longitudinal) y tienen un movimiento alrededor del eje mayor del campo magnético externo (movimiento de precesión), además del espín1.

Se aplica una energía en pulsos de radiofrecuencia que es absorbida por los protones, siempre que presente una frecuencia adecuada, que es igual a la frecuencia de precesión. La frecuencia de precesión se calcula con la ecuación de Larmor:

ω 0 = γB0

Donde ω 0 es la frecuencia de precesión.  γ es el radio giro magnético que varía para los diferentes materiales, y B0, la fuerza del campo magnético externo1.

Al enviar pulsos de radiofrecuencia, con la misma frecuencia de precesión calculada con la ecuación de Larmor, estamos transfiriendo energía a los protones (fenómeno de resonancia). De esta manera, los núcleos captan esta energía cambiando su orientación y vector magnético, por lo que la magnetización longitudinal disminuye y aparece una magnetización transversal. Finalmente, se suprime la radiofrecuencia, los núcleos tienden a situarse de nuevo en su estado de base (relajación) y liberan energía, en forma de señal eléctrica oscilante (eco), que detectamos. Esta energía liberada, que también es un impulso de radiofrecuencia, se llama señal y se mide en tiempos T1 Y T22.

Los tiempos de relajación (T1 y T2), son fundamentalmente tiempos que miden la velocidad de recuperación de los núcleos resonantes al ser sometidos o perturbados por las ondas de radiofrecuencia adecuadas.

T1: Es el parámetro que mide el retorno longitudinal de los protones para su alineación con el campo magnético externo después de ser interrumpido el pulso de radiofrecuencia (relajación longitudinal) 2.

T2: Es el parámetro que mide el tiempo que tarda la magnetización transversal en disminuir y desaparecer (relajación transversal) 2.

En general, T1 es más largo que T2 y, por ejemplo,  el agua y los tejidos con alto contenido líquido tienen tiempos de relajación más largos que la grasa.

Los pulsos de radiofrecuencia se diferencian por la cantidad de energía que transfieren a los protones, provocando más o menos relajación. Una secuencia en RM generalmente consta de varios pulsos de radiofrecuencia que pueden ser diferentes entre sí. La diferencia entre unas imágenes y otras depende del tipo de pulsos de radiofrecuencia utilizados y del tiempo que hay entre ellos1.

Las imágenes en RM pueden estar potenciadas en T1 o en T2. Las imágenes en T1 permiten distinguir con claridad las estructuras anatómicas y tiene menos sensibilidad ante cambios patológicos. Sin embargo, en T2 no se representan con tanta sensibilidad las estructuras anatómicas, pero la sensibilidad es mayor ante cambios patológicos3.

El receptor del equipo de RM capta la relajación longitudinal y transversal de los protones. La información obtenida directamente de la relajación de los protones se denomina matriz de datos crudos o espacio k, que no es más que una reja de puntos que debe transformarse mediante la ecuación de Fourier para obtener una imagen interpretable: 1

J= -K (T/x)

La imagen obtenida es creada mediante un equipo informático.

 

Referencias bibliográficas:

 

  1. Novelline, R. (2000). Squire Fundamentos de Radiología. Barcelona: Masson
  2. Hore, P.J. (2000). Resonancia Magnética Nuclear. Buenos Aires: Eudeba.
  3. Cobeñas R, Aguilar M, Aranguren J, Gallo J, Espil G, Kozima S. Cefalea… ¿y algo más? Neuroimágenes en el estudio de la cefalea. Revista Argentina de Radiología. 2016;80(3):192-203.
  4. Cobeñas R, Aguilar M, Aranguren J, Gallo J, Espil G, Kozima S. Cefalea… ¿y algo más? Neuroimágenes en el estudio de la cefalea. Revista Argentina de Radiología. 2016;80(3):192-203. (Imagen 2).

Figure - available via license: CC BY-NC-ND 4.0

 

Manuela Castañeda Taborda

Isabel María Taboada Berlanga

Alba Cordero González

Carolina Valero Solera

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