La resonancia magnética (MRI) representa una modalidad sofisticada de imágenes médicas empleada en radiología para visualizar la anatomía interna del cuerpo y los procesos fisiológicos. Los escáneres de resonancia magnética utilizan potentes campos magnéticos, gradientes de campo magnético controlados con precisión y ondas de radio para construir imágenes detalladas de los órganos internos. Una característica distintiva clave de la resonancia magnética, que la diferencia de la tomografía computarizada (CT) y la tomografía por emisión de positrones (PET), es que no depende de rayos X o radiación ionizante. Fundamentalmente, la resonancia magnética constituye una aplicación médica de la resonancia magnética nuclear (RMN), un principio también aplicable a la obtención de imágenes en otros contextos de RMN, como la espectroscopia de RMN.
La resonancia magnética (MRI) es una técnica de imágenes médicas utilizada en radiología para generar imágenes de la anatomía y los procesos fisiológicos dentro del cuerpo. Los escáneres de resonancia magnética utilizan fuertes campos magnéticos, gradientes de campos magnéticos y ondas de radio para formar imágenes de los órganos del cuerpo. La resonancia magnética no implica rayos X ni el uso de radiación ionizante, lo que la distingue de la tomografía computarizada (CT) y la tomografía por emisión de positrones (PET). La resonancia magnética es una aplicación médica de la resonancia magnética nuclear (RMN) que también se puede utilizar para obtener imágenes en otras aplicaciones de RMN, como la espectroscopia de RMN.
La resonancia magnética se utiliza ampliamente en hospitales y entornos clínicos para fines que incluyen el diagnóstico médico, la estadificación de enfermedades y el seguimiento de la eficacia del tratamiento. En comparación con la tomografía computarizada (TC), la resonancia magnética ofrece un contraste superior de los tejidos blandos, particularmente evidente en estructuras de imágenes como el cerebro o el abdomen. Sin embargo, los pacientes pueden encontrar la experiencia de la resonancia magnética menos cómoda, principalmente debido a los procedimientos de exploración típicamente prolongados y ruidosos que se realizan dentro de un ambiente tubular confinado; sin embargo, el desarrollo de configuraciones de resonancia magnética "abiertas" ha mitigado en gran medida estas molestias. Además, la presencia de implantes u otros objetos metálicos no extraíbles dentro del cuerpo presenta riesgos potenciales, que pueden impedir que ciertos pacientes se sometan de manera segura a un examen de resonancia magnética.
Inicialmente designado como NMRI (resonancia magnética nuclear), el término "nuclear" se omitió posteriormente para evitar connotaciones indeseables. Cuando se colocan dentro de un campo magnético externo, núcleos atómicos específicos poseen la capacidad de absorber energía de radiofrecuencia (RF); la evolución posterior de la polarización del espín induce una señal de RF detectable dentro de una bobina de radiofrecuencia. Más precisamente, el giro magnético nuclear de los protones dentro de los núcleos de hidrógeno resuena con las ondas de RF incidentes, lo que lleva a la emisión de radiación coherente caracterizada por una dirección, energía (frecuencia) y fase específicas. Esta radiación amplificada y coherente es detectada posteriormente por antenas de RF ubicadas estratégicamente cerca del sujeto examinado. Este proceso se parece al funcionamiento de los máseres. En las aplicaciones de resonancia magnética tanto clínicas como de investigación, los átomos de hidrógeno se utilizan predominantemente para generar la radiación polarizada macroscópica detectada posteriormente por las antenas. Los átomos de hidrógeno prevalecen naturalmente en los humanos y otros organismos biológicos, especialmente en las moléculas de agua y grasa. En consecuencia, la mayoría de las imágenes por resonancia magnética delinean fundamentalmente la distribución de agua y grasa por todo el cuerpo. Los pulsos de ondas de radio inducen la transición de energía del espín nuclear, mientras que los gradientes del campo magnético localizan espacialmente la polarización resultante. El ajuste de los parámetros de la secuencia del pulso permite la generación de distintos contrastes tisulares, que están determinados por las propiedades de relajación de los átomos de hidrógeno constituyentes.
La resonancia magnética, que evolucionó desde sus inicios en las décadas de 1970 y 1980, se ha establecido como una metodología de obtención de imágenes excepcionalmente versátil. Aunque se emplea predominantemente en medicina de diagnóstico e investigación biomédica, la resonancia magnética también encuentra aplicación en la obtención de imágenes de entidades no vivas, como las momias. Las técnicas especializadas como la resonancia magnética de difusión y la resonancia magnética funcional mejoran aún más las capacidades de la resonancia magnética, permitiendo la visualización de los tractos neuronales y el flujo sanguíneo dentro del sistema nervioso, respectivamente, complementando su capacidad para obtener imágenes espaciales detalladas. La persistente escalada en la demanda de servicios de resonancia magnética dentro de los sistemas de salud ha provocado debates sobre su rentabilidad y el potencial de sobrediagnóstico.
Principios operativos
Arquitectura del sistema y fundamentos físicos
Un escáner de resonancia magnética consta de varios componentes principales: el imán principal, responsable de polarizar la muestra; bobinas de calce, que rectifican las faltas de homogeneidad en el campo magnético principal; el sistema de gradiente, empleado para la localización espacial de la región escaneada; y el sistema de RF, encargado de excitar la muestra y detectar la señal de RMN resultante. Todo el sistema es gestionado y controlado por uno o más ordenadores dedicados.
En la mayoría de las aplicaciones médicas, los núcleos de hidrógeno, compuestos únicamente por un protón y presentes dentro de los tejidos, generan una señal que posteriormente se procesa para crear una imagen que refleja la densidad de estos núcleos en una región anatómica particular. Dado que los protones están influenciados por los campos magnéticos de otros átomos a los que están unidos químicamente, resulta factible diferenciar las señales que se originan en el hidrógeno dentro de compuestos específicos. Para un examen de resonancia magnética, se coloca al individuo dentro de un escáner de resonancia magnética, que establece un poderoso campo magnético alrededor del área objetivo. Inicialmente, se aplica transitoriamente al paciente energía de un campo magnético oscilante a la frecuencia de resonancia precisa. El uso de bobinas de gradiente X e Y garantiza que una región seleccionada del paciente experimente el campo magnético exacto necesario para la absorción de energía. Un pulso de RF excita los átomos y la señal resultante es detectada por una o más bobinas receptoras. Esta señal de RF se puede procesar para determinar datos posicionales analizando variaciones en el nivel y la fase de RF, que se inducen alterando el campo magnético local utilizando bobinas de gradiente. La rápida conmutación de estas bobinas durante la excitación y la adquisición de señales, necesaria para una exploración de líneas en movimiento, produce el ruido repetitivo característico de una exploración por resonancia magnética a medida que los devanados de las bobinas se desplazan sutilmente debido a la magnetoestricción. El contraste diferencial observado entre varios tejidos está determinado por la velocidad a la que los átomos excitados vuelven a su estado de equilibrio. Para mejorar la claridad de la imagen, se pueden administrar al paciente agentes de contraste exógenos.
La resonancia magnética requiere un campo magnético que sea potente y uniforme, mantenido dentro de unas pocas partes por millón en todo el volumen de escaneo. La intensidad del campo magnético se cuantifica en teslas (T); Si bien la mayoría de los sistemas clínicos funcionan a 1,5 T, las unidades comerciales oscilan entre 0,2 T y 7 T. Los sistemas de resonancia magnética de tres Tesla (3T), que cuentan con imanes más fuertes que los sistemas de 1,5 T, generalmente se prefieren para obtener imágenes de órganos y tejidos blandos debido a su resolución mejorada. Para fines de investigación, los sistemas de resonancia magnética de cuerpo entero funcionan con intensidades de campo significativamente más altas, como 9,4 T, 10,5 T y 11,7 T. Los sistemas de resonancia magnética de cuerpo entero con campos aún más altos, incluidos los de 14 T y superiores, se encuentran actualmente en fases de propuesta conceptual o diseño de ingeniería. La mayoría de los imanes clínicos son superconductores y necesitan helio líquido para mantener temperaturas criogénicas. Por el contrario, se pueden lograr intensidades de campo más bajas utilizando imanes permanentes, frecuentemente empleados en escáneres de resonancia magnética "abiertos" para adaptarse a pacientes claustrofóbicos. También se utilizan intensidades de campo más bajas en escáneres de resonancia magnética portátiles, y uno de esos dispositivos recibió la aprobación de la FDA en 2020. Más recientemente, la resonancia magnética se ha demostrado en campos ultrabajos, específicamente en el rango de microtesla a militesla. En estos escenarios, la calidad de la señal adecuada se logra mediante la prepolarización (normalmente de 10 a 100 mT) y midiendo los campos de precesión de Larmor a aproximadamente 100 microtesla utilizando dispositivos de interferencia cuántica superconductores (SQUID) altamente sensibles.
Relajación T1 y T2
Después de la excitación, cada tejido vuelve a su estado de equilibrio a través de dos procesos de relajación distintos: T1 (relajación de la red de espín, que implica la alineación de la magnetización con el campo magnético estático) y T2 (relajación de espín-espín, que implica la magnetización transversal al campo magnético estático). Para generar una imagen ponderada en T§45§, se permite que la magnetización se recupere antes de que se mida la señal de RM, un proceso controlado ajustando el tiempo de repetición (TR). Esta ponderación específica de la imagen resulta valiosa para evaluar la corteza cerebral, distinguir los tejidos grasos, caracterizar las lesiones hepáticas focales, adquirir datos morfológicos generales y para la obtención de imágenes poscontraste. Por el contrario, para la creación de una imagen ponderada T§89§, se permite que la magnetización decaiga antes de la medición de la señal de RM, que se regula modificando el tiempo de eco (TE). Esta ponderación de imágenes es particularmente eficaz para identificar edema e inflamación, detectar lesiones de la materia blanca y evaluar la anatomía zonal de órganos como la próstata y el útero.
La información derivada de las exploraciones por resonancia magnética se manifiesta como contrastes de imágenes, que se basan fundamentalmente en variaciones en las tasas de relajación de los espines nucleares después de su perturbación por un campo magnético oscilante, generalmente administrado como pulsos de radiofrecuencia a través de la muestra. Estas tasas de relajación cuantifican el tiempo necesario para que una señal vuelva a decaer a un estado de equilibrio desde el plano de magnetización longitudinal o transversal.
En presencia de un campo magnético, B0, la magnetización se acumula a lo largo del eje z a medida que los dipolos magnéticos dentro de la muestra se alinean, en promedio, con este eje, lo que da como resultado una magnetización total Mz. Esta magnetización del eje z, que representa la suma de todos los dipolos magnéticos de la muestra, se denomina magnetización de equilibrio. Posteriormente, un pulso de radiofrecuencia (RF) de 90° reorienta el vector de magnetización hacia el plano xy; este impulso se desactiva entonces, aunque el campo magnético inicial B§45§ permanece activo. En consecuencia, el vector de magnetización del espín vuelve gradualmente desde el plano xy a su estado de equilibrio. La duración necesaria para que el vector de magnetización recupere su valor de equilibrio, Mz, se denomina tiempo de relajación longitudinal, T§89§. La velocidad correspondiente de este proceso es el recíproco del tiempo de relajación: . De manera análoga, la duración para que Mxy decaiga a cero es T§5051§, siendo su tasa asociada 61§
Los valores de T1 y T2 dependen del entorno químico de la muestra, lo que subraya su importancia en las imágenes por resonancia magnética (MRI). Las distintas tasas de relajación entre tejidos, como el tejido blando y el tejido muscular, generan el contraste de imagen característico que se observa en las exploraciones por resonancia magnética estándar.
Las imágenes de resonancia magnética (RM) se muestran convencionalmente en blanco y negro, lo que ilustra las características de los fluidos, con varios tejidos que aparecen de la siguiente manera:
Aplicaciones de diagnóstico
Aplicaciones sistémicas y específicas de órganos
La resonancia magnética (MRI) posee amplias aplicaciones en el diagnóstico médico, con aproximadamente 50.000 escáneres en todo el mundo. Si bien la resonancia magnética influye en el diagnóstico y el tratamiento en numerosas especialidades médicas, su impacto en la mejora de los resultados de salud sigue siendo un tema de debate en contextos específicos.
La resonancia magnética es la modalidad de diagnóstico preferida para la estadificación preoperatoria de los cánceres de recto y próstata. Además, desempeña un papel crucial en el diagnóstico, la estadificación y el seguimiento posterior de otras afecciones neoplásicas, y se utiliza para identificar regiones de tejido adecuadas para muestras de biobancos.
Neuroimagen
Para las neoplasias malignas neurológicas, la resonancia magnética es la técnica de investigación preferida sobre la tomografía computarizada (TC) debido a su visualización superior de la fosa craneal posterior, que abarca el tronco del encéfalo y el cerebelo. El contraste distintivo que proporciona la resonancia magnética entre la materia gris y la blanca la hace óptima para diagnosticar numerosas patologías del sistema nervioso central, incluidas enfermedades desmielinizantes, demencia, enfermedades cerebrovasculares, afecciones infecciosas, enfermedad de Alzheimer y epilepsia. Al adquirir múltiples imágenes en milisegundos, la resonancia magnética facilita la observación de las respuestas cerebrales a diversos estímulos, lo que permite a los investigadores investigar anomalías cerebrales funcionales y estructurales asociadas con trastornos psicológicos. Además, la resonancia magnética se emplea en cirugía estereotáxica guiada y radiocirugía para abordar tumores intracraneales, malformaciones arteriovenosas y otras afecciones quirúrgicamente susceptibles, utilizando a menudo un dispositivo localizador N. Los avances recientes que incorporan inteligencia artificial en la atención médica han demostrado una mejor calidad de imagen y un análisis morfométrico mejorado en neuroimagen mediante la implementación de sistemas de eliminación de ruido.
El Hospital General de Massachusetts tiene el récord de resolución espacial más alta lograda para un cerebro postmortem intacto completo, a 100 micrones. Estos datos se publicaron en Nature en octubre de 2019.
A pesar del uso generalizado de la resonancia magnética en la investigación de la discapacidad mental, una revisión sistemática de la literatura y un metanálisis realizado en 2024, encargado por el Patient-Centered Outcomes Research Institute (PCORI), reveló una variabilidad significativa en los estudios que emplean resonancias magnéticas para el diagnóstico del TDAH. En consecuencia, los autores concluyeron que la resonancia magnética no se puede utilizar de manera confiable para ayudar en el diagnóstico clínico del TDAH.
Aplicaciones cardiovasculares
La resonancia magnética cardíaca sirve como una modalidad de imagen complementaria junto con técnicas como la ecocardiografía, la tomografía computarizada (TC) cardíaca y la medicina nuclear. Facilita la evaluación de la estructura y función cardíaca. Las aplicaciones clave abarcan la evaluación de la isquemia y viabilidad del miocardio, miocardiopatías, miocarditis, sobrecarga de hierro, diversas enfermedades vasculares y cardiopatías congénitas.
Aplicaciones musculoesqueléticas
Dentro del sistema musculoesquelético, las aplicaciones de resonancia magnética incluyen imágenes de la columna, la evaluación de patologías articulares y la caracterización de tumores de tejidos blandos. Además, las técnicas de resonancia magnética se emplean para el diagnóstico por imágenes de enfermedades musculares sistémicas, incluidas las de origen genético.
Los movimientos de deglución de la faringe y el esófago pueden inducir artefactos de movimiento que oscurecen las imágenes de la columna. Para mitigar esto, se puede aplicar un pulso de saturación a esta región. De manera similar, la pulsación cardíaca genera artefactos de movimiento, que pueden minimizarse sincronizando las secuencias de pulsos de la resonancia magnética con los ciclos cardíacos. Además, los artefactos del flujo de los vasos sanguíneos se pueden reducir mediante la aplicación de pulsos de saturación colocados superior e inferior a la región de interés.
Aplicaciones hepáticas y gastrointestinales
La resonancia magnética hepatobiliar se emplea para la detección y caracterización de lesiones que afectan el hígado, el páncreas y los conductos biliares. Los trastornos hepáticos focales o difusos se pueden evaluar mediante imágenes potenciadas en difusión, imágenes en fase opuesta y secuencias dinámicas de realce de contraste. Si bien los agentes de contraste extracelulares se utilizan comúnmente en la resonancia magnética del hígado, los agentes de contraste hepatobiliares más recientes también permiten obtener imágenes biliares funcionales. La visualización anatómica de los conductos biliares se logra mediante secuencias fuertemente ponderadas en T2 en la colangiopancreatografía por resonancia magnética (CPRM). Se realizan imágenes pancreáticas funcionales después de la administración de secretina. La enterografía por resonancia magnética ofrece un método no invasivo para evaluar la enfermedad inflamatoria intestinal y los tumores del intestino delgado. Además, la colonografía por resonancia magnética puede contribuir a la identificación de pólipos grandes en personas con riesgo elevado de cáncer colorrectal.
Angiografía
La angiografía por resonancia magnética (ARM) produce imágenes de las arterias para evaluar la presencia de estenosis (estrechamiento anormal) o aneurismas (dilatación de la pared de los vasos con tendencia a romperse). La ARM se aplica con frecuencia para evaluar las arterias del cuello y el cerebro, la aorta torácica y abdominal, las arterias renales y las extremidades inferiores (lo que se conoce como estudio de "escorrentía"). La generación de imágenes puede implicar varias técnicas, incluida la administración de un agente de contraste paramagnético como el gadolinio, o el uso de métodos de "mejora relacionada con el flujo" (por ejemplo, secuencias de tiempo de vuelo 2D y 3D), donde la señal predominante se origina en la sangre que fluye recientemente hacia el plano de la imagen.
Las técnicas que utilizan acumulación de fase, denominadas angiografía de contraste de fase, también pueden generar mapas de velocidad de flujo de manera precisa y sencilla. La venografía por resonancia magnética (MRV) es un procedimiento comparable empleado para obtener imágenes de las venas. En MRV, el tejido se excita inferiormente y la señal se adquiere en el plano inmediatamente superior al plano de excitación, visualizando así sangre venosa que ha fluido recientemente desde la región excitada.
Agentes de contraste
La resonancia magnética (MRI) para la evaluación de la estructura anatómica o del flujo sanguíneo generalmente no requiere agentes de contraste, ya que las variaciones inherentes en las propiedades del tejido y la sangre ofrecen suficiente contraste natural. Sin embargo, para aplicaciones de imágenes especializadas, los agentes de contraste exógenos se pueden administrar por vía intravenosa, oral o intraarticular. La mayoría de estos agentes son paramagnéticos (p. ej., gadolinio, manganeso, europio), que funcionan acortando los tiempos de relajación de T1 en los tejidos diana, o superparamagnéticos (SPION), que reducen los tiempos de relajación de T2 y T2* en el tejido sano, disminuyendo así su intensidad de señal (actuando como agentes de contraste negativos). Los quelatos de gadolinio, conocidos por sus fuertes propiedades paramagnéticas, constituyen los agentes de contraste intravenosos más utilizados. Generalmente, estos agentes han demostrado un perfil de seguridad superior en comparación con los agentes de contraste yodados utilizados en radiografías de rayos X o tomografía computarizada (TC). Las reacciones anafilactoides son poco frecuentes, con una incidencia aproximada que oscila entre el 0,03% y el 0,1%. En particular, su administración en dosis estándar se asocia con una menor incidencia de nefrotoxicidad en comparación con los agentes yodados. Esta característica ha posicionado a la resonancia magnética con contraste como una opción viable para pacientes con insuficiencia renal que de otro modo no serían elegibles para una TC con contraste.
Los agentes de contraste a base de gadolinio son complejos característicamente octadentados de gadolinio (III). Estos complejos exhiben una alta estabilidad (log K > 20), lo que garantiza que la concentración de iones Gd3+ no acomplejados permanezca por debajo de los umbrales tóxicos durante la aplicación clínica. Una molécula de agua ocupa el noveno sitio de coordinación dentro de la esfera del ion metálico, lo que facilita un rápido intercambio con las moléculas de agua ambientales en las inmediaciones del reactivo, lo que influye en los tiempos de relajación de la resonancia magnética.
En diciembre de 2017, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) emitió un comunicado sobre la seguridad de los medicamentos que exige la inclusión de nuevas advertencias en todos los agentes de contraste a base de gadolinio (GBCA). La FDA abogó además por una mejor educación del paciente y estipuló que los fabricantes de agentes de contraste de gadolinio realicen investigaciones clínicas y en animales suplementarias para evaluar los perfiles de seguridad de estos compuestos. Si bien los agentes de gadolinio han demostrado utilidad para personas con insuficiencia renal, los pacientes que experimentan insuficiencia renal grave que requiere diálisis enfrentan un riesgo de desarrollar fibrosis sistémica nefrogénica, una afección rara pero grave potencialmente asociada con la administración de agentes específicos que contienen gadolinio. La gadodiamida es el agente implicado con mayor frecuencia, aunque también se han asociado otros agentes con esta afección. A pesar de la ausencia de una relación causal definitiva, las directrices actuales de los Estados Unidos recomiendan que los pacientes en diálisis reciban agentes de gadolinio únicamente cuando se considere esencial, y que la diálisis se inicie lo más rápidamente posible después de la exploración para facilitar la pronta eliminación del agente del cuerpo.
En Europa, donde se puede acceder a una gama más amplia de agentes que contienen gadolinio, se ha introducido un sistema de clasificación basado en el riesgo para estos agentes. En 2008, el gadoxetato, comercializado como Eovist en EE. UU. y Primovist en la UE, recibió la aprobación como nuevo agente de contraste para diagnóstico, ofreciendo la ventaja teórica de una vía de excreción dual.
Secuencias de resonancia magnética
Una secuencia de resonancia magnética representa una configuración específica de pulsos de radiofrecuencia y gradientes magnéticos, que dicta las características de la imagen resultante. Las ponderaciones T1 y T2 también se clasifican como tipos de secuencias de resonancia magnética.
Tabla de resumen
Esta tabla excluye secuencias poco comunes y experimentales.
Configuraciones especializadas
Espectroscopia de resonancia magnética (MRS)
La espectroscopia de resonancia magnética (MRS) sirve para cuantificar las concentraciones de varios metabolitos dentro de los tejidos corporales, empleando diversas metodologías de un solo vóxel o basadas en imágenes. La señal de RM resultante genera un espectro de resonancias, cada una de las cuales corresponde a distintas disposiciones moleculares del isótopo excitado. Esta firma espectral única es fundamental para diagnosticar trastornos metabólicos específicos, particularmente aquellos que afectan al cerebro, y para dilucidar aspectos del metabolismo tumoral.
La imagen espectroscópica por resonancia magnética (MRSI) integra técnicas espectroscópicas y de imagen para generar espectros resueltos espacialmente a partir de muestras biológicas o pacientes. La resolución espacial es considerablemente menor, limitada por la relación señal-ruido (SNR). Sin embargo, los espectros dentro de cada vóxel proporcionan datos extensos sobre numerosos metabolitos. Dado que la señal disponible debe codificar datos tanto espaciales como espectrales, la MRSI requiere una SNR alta, que generalmente sólo se puede lograr con intensidades de campo más altas (por ejemplo, 3 Tesla y más). Los importantes gastos de adquisición y mantenimiento asociados con los sistemas de resonancia magnética de campo ultraalto restringen su adopción generalizada. Sin embargo, se han introducido novedosos algoritmos de software basados en sensores comprimidos (p. ej., SAMV), que ofrecen capacidades de superresolución sin la necesidad de intensidades de campo tan elevadas.
Tiempo real
Resonancia magnética intervencionista
La ausencia de efectos adversos tanto en los pacientes como en los operadores hace que la resonancia magnética sea muy adecuada para la radiología intervencionista, donde las imágenes generadas por resonancia magnética facilitan la guía de procedimientos mínimamente invasivos. Estos procedimientos evitan estrictamente el uso de instrumentos ferromagnéticos.
La resonancia magnética intraoperatoria representa un subcampo especializado y en expansión de la resonancia magnética intervencionista, en la que la resonancia magnética se emplea durante las operaciones quirúrgicas. Ciertos sistemas de resonancia magnética especializados permiten obtener imágenes al mismo tiempo que el procedimiento quirúrgico. Más comúnmente, la intervención quirúrgica se pausa temporalmente para permitir que la resonancia magnética evalúe la eficacia del procedimiento o informe sobre los pasos quirúrgicos posteriores.
Ultrasonido focalizado guiado por resonancia magnética
En la terapia guiada, los haces de ultrasonido enfocado de alta intensidad (HIFU) se dirigen con precisión al tejido objetivo y su aplicación se controla mediante imágenes térmicas por resonancia magnética. La energía concentrada en el punto focal eleva la temperatura del tejido por encima de 65 °C (150 °F), lo que lleva a la destrucción completa del tejido. Esta tecnología facilita la ablación precisa del tejido enfermo. La resonancia magnética ofrece una visualización tridimensional del tejido objetivo, lo que permite un enfoque preciso de la energía del ultrasonido. Además, la resonancia magnética proporciona mapas térmicos cuantitativos en tiempo real de la región tratada. Esta capacidad permite a los médicos verificar que la temperatura alcanzada durante cada ciclo de energía de ultrasonido es adecuada para la ablación térmica dentro del tejido deseado y, si es necesario, ajustar los parámetros para una eficacia óptima del tratamiento.
Imágenes multinucleares
Los núcleos de hidrógeno son las imágenes más comunes en la resonancia magnética debido a su gran abundancia en los tejidos biológicos y su fuerte señal resultante de una alta relación giromagnética. Sin embargo, cualquier núcleo que posea un espín nuclear neto es un candidato potencial para la resonancia magnética. Ejemplos de tales núcleos incluyen deuterio, helio-3, litio-7, carbono-13, flúor-19, oxígeno-17, sodio-23, fósforo-31 y xenón-129. 2H, 23Na y 31P abundan naturalmente en el cuerpo humano, lo que permite su obtención de imágenes directas. Se pueden obtener imágenes del deuterio natural, presente en una concentración de aproximadamente 15 mM, pero su utilidad se ve obstaculizada por la baja sensibilidad gamma y la relajación cuadrupolar (RMN). Sin embargo, las imágenes de deuterio muestran espectros de desplazamiento químico escasos, lo que facilita el desarrollo de pulsos de RF selectivos multibanda personalizados para imágenes de metabolitos específicos. En consecuencia, las imágenes metabólicas de deuterio (DMI) ofrecen una vía para la obtención de imágenes metabólicas, similar a las aplicaciones del carbono 13, que proporciona información sobre los procesos metabólicos in vivo. Además, el corto tiempo de relajación T2 del deuterio permite un rápido promedio de la señal, compensando algunas de sus limitaciones físicas inherentes. Los isótopos gaseosos, como el §67§He o el 129Xe, requieren hiperpolarización y posterior inhalación, ya que su densidad nuclear es insuficiente para producir una señal discernible en condiciones estándar. Por el contrario, 17O y 19F se pueden administrar en cantidades líquidas adecuadas (p. ej., 17O-agua), evitando así la necesidad de hiperpolarización. La utilización de helio o xenón ofrece el beneficio de una disminución del ruido de fondo y, en consecuencia, un mayor contraste de la imagen, dado que estos elementos generalmente están ausentes de los tejidos biológicos.
Además, el núcleo de cualquier átomo que posea un espín nuclear neto y esté unido a un átomo de hidrógeno podría potencialmente obtener imágenes mediante resonancia magnética de transferencia de magnetización heteronuclear, que detectaría el núcleo de hidrógeno de alta relación giromagnética en lugar del núcleo de baja relación giromagnética al que está unido. Conceptualmente, la resonancia magnética de transferencia de magnetización heteronuclear tiene el potencial de identificar la presencia o ausencia de enlaces químicos particulares.
Actualmente, las imágenes multinucleares funcionan predominantemente como metodología de investigación. Sin embargo, sus aplicaciones prospectivas abarcan imágenes funcionales, visualización de estructuras anatómicas resueltas inadecuadamente mediante resonancia magnética 1H (como tejidos pulmonares y elementos esqueléticos) y su uso como nuevos agentes de contraste. Por ejemplo, el 3he inhalado hiperpolarizado facilita la visualización de la distribución del espacio aéreo dentro de los pulmones. Además, se han investigado soluciones inyectables que incorporan 13C o microburbujas estables de 129Xe hiperpolarizado como medios de contraste para angiografía y estudios de perfusión. La aplicación de 31P ofrece información potencial sobre la densidad ósea y las características estructurales, junto con capacidades de imágenes cerebrales funcionales. Además, las imágenes multinucleares presentan una oportunidad para mapear la distribución del litio dentro del cerebro humano, dada su importancia como agente terapéutico para afecciones como el trastorno bipolar.
Imágenes moleculares mediante imágenes por resonancia magnética
La resonancia magnética (MRI) ofrece distintas ventajas, en particular su excepcional resolución espacial y su competencia en imágenes tanto morfológicas como funcionales. Sin embargo, la resonancia magnética no está exenta de limitaciones. Principalmente, la resonancia magnética muestra una sensibilidad que oscila entre aproximadamente 10−3 mol/L y 10−5 mol/L, un rango que puede ser considerablemente restrictivo cuando se yuxtapone con otras modalidades de imágenes. Este desafío inherente surge de la mínima disparidad de población entre los estados de espín nuclear a temperatura ambiente. Por ejemplo, con una intensidad de campo de resonancia magnética clínica típica de 1,5 teslas, la diferencia energética entre los estados de espín alto y bajo corresponde aproximadamente a 9 moléculas por 2 millones. Las estrategias para aumentar la sensibilidad de la RM incluyen elevar la intensidad del campo magnético y emplear técnicas de hiperpolarización como el bombeo óptico o la polarización nuclear dinámica. Además, diversas metodologías de amplificación de señales basadas en mecanismos de intercambio químico contribuyen a mejorar la sensibilidad.
Para obtener imágenes moleculares efectivas de biomarcadores de enfermedades mediante resonancia magnética se necesitan agentes de contraste específicos caracterizados por una especificidad elevada y una alta relajabilidad (sensibilidad). En consecuencia, una extensa investigación se ha centrado en el desarrollo de agentes de contraste para resonancia magnética dirigidos específicamente diseñados para aplicaciones de imágenes moleculares. Las estrategias de direccionamiento típicas implican el uso de péptidos, anticuerpos, ligandos pequeños y dominios proteicos compactos, ejemplificados por las aficuerpos HER-2. Para aumentar la sensibilidad de estos agentes de contraste, dichos restos de dirección se conjugan frecuentemente con agentes de contraste para MRI de alta carga útil o aquellos que poseen relajatividades inherentemente altas. Recientemente, ha surgido una nueva categoría de agentes de contraste para RM dirigidos a genes, diseñados para dilucidar la actividad genética de secuencias específicas de ARNm y proteínas de factores de transcripción genética. Estos agentes innovadores permiten el seguimiento de células que expresan ARNm, microARN y componentes virales distintivos, así como el seguimiento de las respuestas inflamatorias del tejido dentro de los cerebros vivos. Las alteraciones en la expresión genética detectadas por resonancia magnética demuestran una correlación positiva con los hallazgos del análisis TaqMan, la microscopía óptica y la microscopía electrónica.
Imágenes por resonancia magnética paralela
La adquisición de datos de resonancia magnética mediante aplicaciones secuenciales de gradientes de campo magnético requiere mucho tiempo. Incluso las secuencias de resonancia magnética altamente optimizadas encuentran limitaciones físicas y fisiológicas en la tasa alcanzable de cambio de gradiente. La resonancia magnética paralela aborda estas limitaciones al adquirir un segmento de los datos al mismo tiempo, a diferencia de las metodologías secuenciales convencionales. Esta técnica emplea conjuntos de bobinas detectoras de radiofrecuencia (RF), cada una de las cuales proporciona una perspectiva espacial distinta de la región anatómica que se examina. Se implementa un número reducido de pasos de gradiente, y los datos espaciales residuales se reconstruyen integrando señales de múltiples bobinas, aprovechando sus perfiles de sensibilidad espacial establecidos. Si bien la aceleración resultante está limitada por la cantidad de bobinas y la relación señal-ruido (que disminuye con una aceleración aumentada), rutinariamente se pueden lograr aceleraciones de dos a cuatro veces con configuraciones apropiadas de conjuntos de bobinas, y se han logrado aceleraciones significativamente mayores utilizando diseños de bobinas especializados. La resonancia magnética paralela es compatible con la mayoría de secuencias de resonancia magnética existentes.
Si bien las propuestas iniciales para emplear conjuntos de detectores para acelerar las imágenes recibieron una atención limitada dentro del dominio de la resonancia magnética, las imágenes paralelas experimentaron un amplio desarrollo y aplicación luego de la introducción de la técnica de adquisición simultánea de armónicos espaciales (SMASH) entre 1996 y 1997. Actualmente, los métodos de imágenes paralelas más prevalentes son la codificación de sensibilidad (SENSE) y las adquisiciones parcialmente paralelas de autocalibración generalizada (GRAPPA). La aparición de la resonancia magnética paralela estimuló una investigación y un desarrollo sustanciales en la reconstrucción de imágenes y el diseño de bobinas de radiofrecuencia (RF), junto con un rápido aumento en el número de canales receptores disponibles en los sistemas comerciales de resonancia magnética. La resonancia magnética paralela ahora se utiliza de manera rutinaria para exámenes en varias regiones anatómicas y en diversos contextos clínicos y de investigación.
Resonancia magnética cuantitativa
La mayoría de las imágenes por resonancia magnética (MRI) se basan en la interpretación cualitativa de los datos de la MR, lo que implica la adquisición de mapas espaciales de variaciones relativas de la intensidad de la señal ponderadas por parámetros específicos. Por el contrario, los métodos cuantitativos tienen como objetivo generar mapas espaciales precisos de valores de parámetros de relaxometría tisular o campos magnéticos, o medir con precisión las dimensiones de características espaciales particulares.
Ejemplos de métodos cuantitativos de resonancia magnética incluyen:
- Mapeo T1, especialmente aplicado en la resonancia magnética cardíaca.
- Mapeo T2.
- Mapeo de susceptibilidad cuantitativa (QSM).
- Resonancia magnética cuantitativa del flujo de líquido, como ciertas aplicaciones de resonancia magnética del flujo de líquido cefalorraquídeo.
- Elastografía por resonancia magnética (MRE).
- Huellas dactilares por resonancia magnética (MRF).
La resonancia magnética cuantitativa busca mejorar la reproducibilidad de las imágenes de resonancia magnética y sus interpretaciones, aunque históricamente ha requerido duraciones de exploración más largas.
La resonancia magnética cuantitativa (qMRI) a veces se refiere más específicamente a la resonancia magnética cuantitativa multiparamétrica, que implica mapear múltiples parámetros de relaxometría tisular dentro de una sola sesión de imágenes. Los esfuerzos para acelerar la resonancia magnética cuantitativa multiparamétrica han llevado al desarrollo de secuencias que mapean simultáneamente varios parámetros, ya sea integrando distintos métodos de codificación para cada parámetro en la secuencia o ajustando la evolución de la señal de resonancia magnética a un modelo multiparamétrico.
Resonancia magnética con gas hiperpolarizado
La resonancia magnética convencional generalmente produce imágenes subóptimas del tejido pulmonar debido a la escasez de moléculas de agua con protones capaces de excitarse mediante el campo magnético. Sin embargo, la resonancia magnética con gas hiperpolarizado puede identificar defectos de ventilación en los pulmones. Antes de la exploración, los pacientes inhalan xenón hiperpolarizado combinado con un gas tampón como helio o nitrógeno. Esta técnica produce imágenes pulmonares de una calidad significativamente mayor en comparación con la resonancia magnética tradicional.
Seguridad
La resonancia magnética generalmente se considera una técnica segura, aunque pueden surgir lesiones debido a protocolos de seguridad inadecuados o errores humanos. Las contraindicaciones para la resonancia magnética incluyen la mayoría de los implantes cocleares, marcapasos cardíacos, metralla y cuerpos extraños metálicos en los ojos. La resonancia magnética durante el embarazo parece segura, particularmente en el segundo y tercer trimestre, siempre que no se utilicen agentes de contraste. Como la resonancia magnética no emplea radiación ionizante, a menudo se prefiere a la tomografía computarizada (TC) cuando cualquiera de las dos modalidades puede proporcionar información de diagnóstico equivalente. Algunos pacientes experimentan claustrofobia, lo que puede requerir sedación o protocolos de resonancia magnética más cortos. La amplitud y el cambio rápido de las bobinas de gradiente durante la adquisición de imágenes pueden inducir la estimulación del nervio periférico.
Los sistemas de resonancia magnética utilizan imanes potentes que pueden impulsar materiales magnéticos a altas velocidades, creando un peligro de proyectil y potencialmente provocando accidentes fatales. Sin embargo, dado que cada año se realizan millones de resonancias magnéticas en todo el mundo, las muertes siguen siendo extremadamente raras.
Las máquinas de resonancia magnética pueden generar un ruido considerable, alcanzando niveles de hasta 120 dB(A). Este ruido presenta riesgos de pérdida auditiva, tinnitus e hiperacusia; por lo tanto, una protección auditiva adecuada es crucial para todas las personas presentes en la sala del escáner de resonancia magnética durante un examen.
Uso excesivo
Las sociedades médicas publican directrices para los médicos sobre el uso apropiado de la resonancia magnética en los pacientes y desaconsejan su uso excesivo. Si bien la resonancia magnética puede detectar problemas de salud o confirmar diagnósticos, las organizaciones médicas recomiendan con frecuencia que no sea el procedimiento inicial para desarrollar un plan de diagnóstico o manejo de la queja de un paciente. Un ejemplo común implica el uso de resonancia magnética para investigar la causa del dolor lumbar; por ejemplo, el Colegio Estadounidense de Médicos desaconseja las imágenes, incluida la resonancia magnética, en tales casos, ya que es poco probable que produzcan un resultado positivo para el paciente.
Artefactos
Un artefacto de resonancia magnética representa una anomalía visual o una desviación de la representación precisa durante la adquisición de la imagen. La resonancia magnética (MRI) puede producir diversos artefactos, algunos de los cuales comprometen la utilidad diagnóstica, mientras que otros pueden interpretarse erróneamente como condiciones patológicas. Estos artefactos normalmente se clasifican en tipos relacionados con el paciente, dependientes del procesamiento de señales y relacionados con el hardware.
Aplicaciones no médicas
Industrialmente, la resonancia magnética sirve principalmente para el análisis de rutina de compuestos químicos. La técnica subyacente de resonancia magnética nuclear (RMN) también encuentra aplicación para determinar las proporciones de agua y grasa en productos alimenticios, monitorear la dinámica del flujo de fluidos corrosivos dentro de las tuberías e investigar estructuras moleculares como catalizadores.
Debido a su naturaleza no invasiva y no destructiva, la resonancia magnética facilita el estudio de la anatomía de las plantas, los mecanismos de transporte de agua y el equilibrio hidrológico. Además, se emplea en radiología veterinaria para evaluaciones diagnósticas. Más allá de estas aplicaciones, su utilización en zoología está limitada por costos significativos, aunque sigue siendo aplicable en una amplia gama de especies.
Dentro de la paleontología, la resonancia magnética se emplea para investigar las estructuras internas de restos fosilizados.
Las imágenes forenses ofrecen documentación gráfica completa de las autopsias, una capacidad que no es inherente a los exámenes post mortem manuales tradicionales. Mientras que la tomografía computarizada (TC) proporciona rápidamente una visualización de todo el cuerpo de los cambios esqueléticos y parenquimatosos, la resonancia magnética (RM) sobresale en la representación de patologías de tejidos blandos. Sin embargo, la resonancia magnética presenta desventajas, incluidos costos más altos y tiempos operativos prolongados. Además, la calidad de las imágenes por resonancia magnética disminuye significativamente a temperaturas inferiores a 10 °C.
Historial
En 1971, Paul Lauterbur, mientras estaba en la Universidad de Stony Brook, fue pionero en la aplicación de gradientes de campo magnético en las tres dimensiones, junto con una técnica de retroproyección, para generar imágenes de resonancia magnética nuclear (RMN). Su trabajo fundamental incluyó la publicación de las imágenes iniciales de dos tubos llenos de agua en 1973 en la revista Nature. A esto le siguieron posteriormente imágenes de un organismo vivo, concretamente una almeja, y, en 1974, una imagen de la cavidad torácica de un ratón. Lauterbur inicialmente denominó su metodología de imágenes "zeugmatografía", designación que luego fue reemplazada por imágenes por (N)MR. A finales de la década de 1970, los físicos Peter Mansfield de la Universidad de Nottingham colaboraron con Lauterbur para avanzar en las técnicas relacionadas con la resonancia magnética, en particular desarrollando el método de imágenes ecoplanares (EPI).
La investigación fundamental de Raymond Damadian en resonancia magnética nuclear (RMN) fue fundamental en el desarrollo de la resonancia magnética, ya que construyó uno de los primeros escáneres operativos.
Los avances significativos en la tecnología de semiconductores resultaron fundamentales para la realización de sistemas prácticos de resonancia magnética, dadas sus importantes demandas computacionales. Este progreso se vio facilitado por el aumento exponencial de la densidad de transistores en los chips de circuitos integrados. En reconocimiento a sus "descubrimientos relacionados con la resonancia magnética", Mansfield y Lauterbur recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2003.
Referencias
- Rinck PA (ed.). 'Resonancia magnética: una introducción crítica revisada por pares.' Foro Europeo de Resonancia Magnética (EMRF)/Fundación Mesa Redonda (TRTF).Fuente: Archivo de la Academia TORIma