Cardiología

Explicación sencilla de cómo funciona la resonancia magnética nuclear

Hablaremos de los siguientes aspectos. Por favor, desplácese hacia abajo y comience a leer.

– Se trata del agua: los núcleos de hidrógeno
– Extraño mundo de física cuántica y giro.
– Detección de núcleos de hidrógeno
– Cómo la máquina de resonancia magnética puede apuntar a diferentes áreas del cuerpo
– Bobinas receptoras
– Imán y enfriamiento
– Ruido: La “guitarra de bobina degradada”
– Anestesia y resonancia magnética
Un deseo común de los seres humanos es ser felices. Sin embargo, esto a menudo no es fácil. En el sitio web gratuito en el enlace a continuación, encontrará sabiduría que lo ayudará a encontrar la felicidad. Esta sabiduría se da de una manera muy singular, como una historia en la que un escritor le pide a un monje experimentado que comparta su sabiduría sobre cómo enfrentar los desafíos del día a día. La historia es completamente gratuita para que la lea y se beneficie.

La resonancia magnética nuclear (RMN) es una herramienta maravillosa que le permite ver el interior del cuerpo con una claridad asombrosa. La mejor parte es que lo hace sin radiación dañina. Desafortunadamente, los conceptos físicos relacionados con la resonancia magnética son complejos y misteriosos y no tengo suficiente capacidad mental para comprenderlos por completo. Sin embargo, espero que mis explicaciones le brinden un buen punto de partida para comprender esta emocionante tecnología.

Sin embargo, si usted es un profesional de la imagen, lamento decir que mis explicaciones serán demasiado básicas para usted, y le aconsejaría que lea material mucho más detallado en otro lugar (¡Buena suerte!).

¡Todo tiene que ver con el agua (los núcleos de hidrógeno)!

La máquina de resonancia magnética es capaz de “ver” el agua y esto la convierte en una herramienta muy útil ya que los seres humanos estamos hechos principalmente de agua (alrededor del 70 %). El agua se distribuye por todo nuestro cuerpo de diferentes maneras y la máquina de resonancia magnética puede ver estas diferencias y construir una imagen para nosotros.

Como probablemente sepa, el agua se compone de moléculas de agua. Una molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.

La máquina de resonancia magnética no “ve” todas las partes de las moléculas de agua. En cambio, solo ve partes específicas de cada molécula de agua. Dejame explicar. El siguiente diagrama muestra algunas moléculas de agua.

La máquina de resonancia magnética no puede ver los átomos de oxígeno de las moléculas de agua, así que ignorémoslos. Lo que te queda son los átomos de hidrógeno que se muestran en rojo a continuación.

Cada átomo de hidrógeno consta de un núcleo con un electrón a su alrededor. La máquina de resonancia magnética tampoco “ve” estos electrones.

Todo lo que ve es el núcleo de hidrógeno.

Para resumir, con respecto a las moléculas de agua, la máquina de resonancia magnética no ve los átomos de oxígeno ni los electrones de los átomos de hidrógeno.

Solo ve los núcleos de hidrógeno contenidos en las moléculas de agua (Nota: el plural de núcleo es “núcleo”).

La máquina de resonancia magnética usa ciertas propiedades de estos núcleos de hidrógeno para componer una imagen para que usted la vea. Los conceptos que utiliza para hacer esto pueden ser un poco complejos, pero si lo abordamos paso a paso, eventualmente entenderemos los conceptos básicos.

Extraño mundo de física cuántica y spin

En este punto, debo advertirte que pronto conocerás algunos fenómenos físicos muy extraños.

La física se puede dividir en dos categorías denominadas “física clásica” y “física cuántica”. La física clásica se ocupa de los objetos cotidianos ordinarios que usted y yo podemos ver. Por ejemplo, la física clásica puede explicar fácilmente cómo rebota una pelota en el suelo.

Por otro lado, la rama de la física llamada “física cuántica” se ocupa de cosas mucho más pequeñas. Cuando digo pequeño, me refiero a cosas que son extremadamente pequeñas, como átomos y electrones. En este nivel, las reglas de la física clásica a las que estamos acostumbrados parecen “romperse”. En cambio, las partículas extremadamente pequeñas, como los átomos, obedecen las extrañas reglas de la física cuántica. Por ejemplo, en el mundo de la física cuántica, ¡un electrón puede estar en “dos lugares” al mismo tiempo! Un electrón puede estar tomando café en Nueva York, en los Estados Unidos, y al mismo tiempo, puede estar tomando té en Nueva Delhi, India. De acuerdo, la parte del té y el café no es cierta, pero lo de estar en dos lugares simultáneamente es cierto. (Si no me cree, busque “experimento de doble rendija” en Internet para obtener más información).

Lo que estoy tratando de decir es que la física cuántica es rara y recomiendo, para su cordura, que no trate de entenderla demasiado profundamente. Desafortunadamente, las máquinas de resonancia magnética tratan con partículas muy pequeñas (es decir, núcleos de hidrógeno) y, por lo tanto, siguen las reglas de la física cuántica. Es difícil ‘imaginar’ la física cuántica, porque a menudo no hay nada en nuestra vida cotidiana que se comporte como tal.

Ahora volvamos a hablar de la máquina de resonancia magnética. Recordará que dijimos que las máquinas de resonancia magnética pueden “ver” los núcleos de hidrógeno contenidos en las moléculas de agua.

Los núcleos de hidrógeno tienen una propiedad de física cuántica llamada “spin”. Ahora probablemente imagine que los núcleos de hidrógeno “giran” para verse así.

Desafortunadamente, como se mencionó antes, en la física cuántica las cosas son raras. En términos de física cuántica, “girar” no significa dar vueltas y vueltas. En cambio, es una propiedad mucho más compleja que es difícil de describir. Entonces, como muchas cosas en la física cuántica, es mejor aceptar ciertas cosas, en lugar de ponerse canas tratando de entenderlo. Así que acepte que, de acuerdo con las leyes de la física cuántica, los núcleos de hidrógeno tienen una propiedad llamada espín, que se puede ‘orientar’ de ciertas maneras.

Quizás te preguntes por qué los científicos usan una palabra como “girar” para describir algo que en realidad no gira. La respuesta a eso no lo sé. Sin embargo, puedo decirles que a los científicos cuánticos les gusta usar nombres extraños para describir las cosas. Por ejemplo, hay partículas en la naturaleza llamadas ‘Quarks’. Hay seis tipos conocidos de Quarks, y aquí están sus nombres oficiales (no estoy bromeando):

Como puede ver, tener un nombre extraño como ‘espín’ para describir una propiedad de los núcleos de hidrógeno no es único. Por un momento, dejemos de lado esta historia indirecta. (No te preocupes, volveremos a eso más tarde).

Detección de núcleos de hidrógeno

Ahora estamos listos para comenzar a comprender cómo funciona la máquina de resonancia magnética. La máquina de resonancia magnética no puede simplemente “ver los núcleos de hidrógeno que se encuentran “escondidos” en las moléculas de agua distribuidas en el paciente.

Se necesita hacer ‘algo’ con los núcleos de hidrógeno para detectar su presencia. Es un poco como el escenario que les describiré. Imagínese que tenemos tres hombres gruñones.

Los tres hombres gruñones ahora están durmiendo en esta habitación negra. Imaginemos que has averiguado dónde están cada uno de los tres hombres. Pero mirando la habitación, realmente no puedes distinguir dónde están ya que está completamente oscuro.

Una forma de averiguar dónde están los tres hombres es “irritarlos”. Envías algo de “energía” a través de la habitación en forma de gritos “despierta” repetidamente.

Esto agitará a los hombres y te gritarán. Al averiguar de dónde vienen sus voces, puedes identificar dónde están los tres hombres.

La máquina de resonancia magnética hace algo similar para detectar los núcleos de hidrógeno. Primero “irrita” los núcleos de hidrógeno y luego, a partir de sus “respuestas”, detecta su presencia. Cómo hace esto la máquina de resonancia magnética es algo más complicado que gritar para detectar a tres hombres gruñones, pero no te preocupes, te lo explicaré.

La resonancia magnética, como su nombre lo indica, utiliza un imán. Entonces, comencemos por darle a nuestra máquina de resonancia magnética un fuerte imán. En el diagrama altamente simplificado de una máquina de resonancia magnética que se muestra a continuación, el imán se muestra como las bobinas verdes de alambre. Los campos magnéticos producidos por el imán están representados por las líneas verdes con flechas. Este campo magnético está continuamente presente y, en nuestro ejemplo, va de arriba hacia abajo (dirección de las flechas).

Ahora colocamos al paciente en el campo magnético de la máquina de resonancia magnética.

El paciente, como todos nosotros, tiene moléculas de agua distribuidas por todas partes. Como se describió antes, las moléculas de agua tienen núcleos de hidrógeno, y esto es lo que interesa a la máquina de resonancia magnética.

Para que los diagramas sean más claros, ya no dibujaré al paciente. En cambio, solo mostraré los núcleos de hidrógeno que hay dentro de él.

Para aclarar aún más los diagramas, mostraré un primer plano de solo algunos de los núcleos de hidrógeno.

Recordarás que debido a las extrañas leyes de la mecánica cuántica, los núcleos de hidrógeno tienen una propiedad llamada ‘espín’. El giro se puede ‘orientar’ de ciertas maneras.

El campo magnético hace algo interesante con los espines de los núcleos de hidrógeno. En nuestro ejemplo que se muestra a continuación, el campo magnético (líneas verdes) va de arriba hacia abajo. El fuerte campo magnético hace que los espines (flechas azules) de los núcleos de hidrógeno se alineen a lo largo del campo magnético. Algunos de los núcleos de hidrógeno se alinean en la dirección del campo magnético (núcleos inferiores en el diagrama) y otros núcleos de hidrógeno se alinean en dirección opuesta a la dirección del campo magnético (núcleos superiores en el diagrama).

Como se mencionó antes, los espines de algunos núcleos de hidrógeno están en la misma dirección que el campo magnético. Dado que estos núcleos eligen estar en la misma dirección que el campo magnético, no necesitan mucha energía (puede pensar en ellos como los “perezosos”). En nuestros diagramas, como se muestra a continuación, etiquetaré estos “núcleos de baja energía” como “Baja”.

También hay algunos núcleos de hidrógeno que tienen espines en dirección opuesta al campo magnético. A diferencia de los núcleos perezosos que viste antes, estos tienen que “luchar” contra el campo magnético y por lo tanto tienen una energía “superior”. En nuestros diagramas, como se muestra a continuación, etiquetaré estos “núcleos de alta energía” como “Alta”.

Después de que el campo magnético haya alineado los espines nucleares, notará que hay un poco más de núcleos de baja energía que de alta energía. Supongo que los núcleos de hidrógeno son como los humanos: ¡hay más perezosos que activos!

Este ligero exceso de núcleos de hidrógeno de baja energía es extremadamente importante. Como verá pronto, es el comportamiento de estos núcleos de hidrógeno de baja energía lo que hace posible la resonancia magnética.

¿Recuerdas nuestra historia sobre encontrar a los tres hombres gruñones irritándolos?

Como se mencionó, la máquina de resonancia magnética hace algo similar. Sin embargo, en lugar de ‘gritar’ cosas, usa ‘energía’ para ‘irritar’ los núcleos de hidrógeno de baja energía. Veamos cómo hace esto la máquina de resonancia magnética.

La máquina de resonancia magnética tiene una bobina especial de alambre que tiene el propósito de producir la energía necesaria para ‘irritar’ los núcleos de hidrógeno de baja energía. En el siguiente diagrama, esta bobina se muestra en negro, en el lado izquierdo.

La máquina de resonancia magnética aplica una corriente a esta bobina productora de energía durante un período breve. Durante este período, la bobina produce energía en forma de un campo magnético que cambia rápidamente (ondas rosas en el diagrama a continuación). La frecuencia (es decir, con qué frecuencia cambia en un segundo) de este campo cambiante se encuentra dentro del rango de frecuencia comúnmente utilizado en las transmisiones de radio. Por lo tanto, esta energía a menudo se denomina energía de “radiofrecuencia” (energía de RF) y la bobina a menudo se denomina bobina de radiofrecuencia (bobina de RF).

Ahora sucede algo fascinante con los núcleos de hidrógeno con baja energía. Estos núcleos de hidrógeno de baja energía absorben la energía enviada desde la bobina de RF.

La absorción de energía RF cambia el estado de energía de los núcleos de hidrógeno de baja energía. Una vez que los núcleos de baja energía absorben la energía, cambian su dirección de giro y se convierten en núcleos de alta energía.

Después de un breve período, la energía de RF se detiene.

Los núcleos de hidrógeno que recientemente se convirtieron en ‘alta energía’ prefieren volver a su estado anterior de ‘baja energía’ y comienzan a liberar la energía que se les dio (es decir, los núcleos que antes eran perezosos quieren volver a ser perezosos).. Liberan la energía en forma de ondas, que en el siguiente diagrama se muestra en rojo.

La máquina de resonancia magnética tiene “bobinas receptoras” (bobina azul que se muestra a continuación) que reciben las ondas de energía enviadas por los núcleos. Habiendo renunciado a su energía, los núcleos cambian su dirección de giro y regresan al estado de baja energía en el que estaban antes.

La bobina receptora convierte las ondas de energía en una señal de corriente eléctrica. De esta manera, la máquina de resonancia magnética puede detectar núcleos de hidrógeno en el cuerpo.

A continuación se muestra una animación básica que resume la secuencia que usa la máquina de resonancia magnética para dar energía y luego recibir señales de los núcleos de hidrógeno en las moléculas de agua. (Mis habilidades de animación son casi nulas, así que perdonen las imágenes bastante entrecortadas).

Cómo la máquina de resonancia magnética puede apuntar a diferentes áreas del cuerpo

Recordarás que el cuerpo humano está lleno de agua y que, por tanto, hay núcleos de hidrógeno por todas partes. Sin embargo, la máquina de resonancia magnética necesita escanear el cuerpo de manera organizada. No puede simplemente escanear todo el cuerpo al instante, ya que las señales que regresan de todas las partes del cuerpo al mismo tiempo darían como resultado una señal confusa y confusa.

En cambio, la máquina de resonancia magnética necesita escanear el cuerpo en secciones. Necesita registrar señales de núcleos de hidrógeno en un área antes de pasar a la siguiente. Por ejemplo, imaginemos, con fines de discusión, que estamos haciendo un escaneo de la cabeza. Imagine que actualmente está interesado en escanear la sección de la cabeza que muestra la flecha azul. Necesita una forma de hacer que los núcleos de hidrógeno de interés (azules en la imagen) respondan tomando y devolviendo energía. Al mismo tiempo, necesita que los otros núcleos de hidrógeno no respondan (es decir, todos los puntos rojos).

Después de haber tratado con la sección que muestra la flecha azul, ahora necesita que los núcleos de hidrógeno ubicados en la siguiente sección (flecha amarilla) respondan tomando y devolviendo energía. Nuevamente, no quiere que respondan los núcleos de hidrógeno en otras áreas (puntos azules y rojos).

La máquina de resonancia magnética observa la sección que muestra la flecha verde y el proceso continúa. La combinación de información de estas diferentes secciones le permite eventualmente construir una imagen para que usted la vea. Ahora la pregunta es, ¿cómo la máquina de resonancia magnética hace que solo respondan los núcleos de hidrógeno en el área de interés mientras mantiene en silencio a todos los demás núcleos de hidrógeno?

Para comprender cómo la máquina de resonancia magnética selecciona una región a la vez, primero debemos comprender el concepto de ‘frecuencia resonante’.

Frecuencia de resonancia:

Vimos cómo la bobina de RF emite energía que puede ser absorbida por algunos de los núcleos de baja energía.

Sin embargo, la física cuántica complica un poco las cosas. De acuerdo con sus reglas, los núcleos de hidrógeno no absorben “cualquier” energía. Pueden ser bastante quisquillosos con ‘qué’ energía aceptan.

Los núcleos de hidrógeno absorben mejor la energía dada en una frecuencia muy específica llamada ‘frecuencia resonante’. La energía dada en frecuencias que están por debajo o por encima de la frecuencia resonante no es absorbida por los núcleos.

Por lo tanto, cuando la resonancia magnética envía la onda de energía de radiofrecuencia (RF), lo hace a la frecuencia resonante de los núcleos de hidrógeno.

Esta es la razón por la que se llama formación de imágenes por “resonancia” magnética.

La frecuencia de resonancia de un núcleo de hidrógeno depende de la fuerza del campo magnético en el área en la que se encuentra. Cuanto mayor sea la fuerza del campo magnético, mayor será la frecuencia de resonancia. Dejame explicar. A continuación se muestran dos núcleos de hidrógeno. El núcleo de hidrógeno ‘A’ está en un campo magnético más fuerte (representado abajo con más líneas de campo magnético) mientras que el núcleo ‘B’ está en un campo magnético más débil.

El núcleo de hidrógeno ‘A’ está en un campo magnético más fuerte y por lo tanto tiene una frecuencia de resonancia más alta. Solo como ejemplo, digamos que el núcleo ‘A’ tiene una frecuencia resonante de 70 MHz (MHz = megahertz = millones de ciclos por segundo). He elegido este número sólo como ejemplo. Los valores reales encontrados en los escáneres de resonancia magnética serán diferentes.

El núcleo de hidrógeno ‘B’ está en un campo magnético más débil. Por lo tanto, su frecuencia de resonancia es menor. A modo de explicación, digamos que es de 60 MHz.

Como se le explicará en breve, esta relación entre la intensidad del campo magnético y la frecuencia de resonancia permite que la máquina de resonancia magnética explore una sección del cuerpo a la vez.

Como se mencionó anteriormente, hay un fuerte campo magnético principal en la máquina de resonancia magnética. Este campo magnético principal es uniforme en todas partes. es decir, la fuerza del campo magnético es igualmente fuerte en todas partes.

Hay bobinas especiales que se muestran en azul en el siguiente diagrama que alteran el campo magnético principal. Estas bobinas ‘modifican’ el campo magnético producido por la bobina magnética principal (bobina verde) para hacer que un extremo del paciente tenga un campo magnético más fuerte y el otro extremo tenga un campo magnético más débil.

En el ejemplo que se muestra a continuación, a medida que avanzamos de la cabeza del paciente hacia los pies, el campo magnético principal se vuelve más débil. Ahora diríamos que hay un “gradiente magnético” a lo largo del paciente. Las bobinas que modifican el campo magnético principal se denominan “bobinas de gradiente”. Cómo se crean estos gradientes de campo magnético es fascinante, pero lo explicaré más adelante.

Ahora recordarás que la frecuencia de resonancia de un núcleo de hidrógeno depende de la fuerza del campo magnético en el área en la que se encuentra.

Como has visto antes, las bobinas de gradiente hacen que el campo magnético principal tenga un gradiente: más fuerte en un extremo y más débil en el otro extremo. Esto significa que, desde la cabeza del paciente hasta el pie del paciente, los núcleos de hidrógeno están expuestos a diferentes intensidades del campo magnético. En la cabeza del paciente, por ejemplo, los núcleos de hidrógeno (azul) están expuestos a un campo magnético alto y, por lo tanto, tienen una frecuencia de resonancia alta. Por otro lado, a los pies del paciente, los núcleos de hidrógeno (verde) están expuestos a un campo magnético bajo y por lo tanto tienen una frecuencia de resonancia más baja.

Amplifiquemos, para mayor claridad, un núcleo de hidrógeno del extremo de la cabeza (A) y uno del extremo de los pies (B). Como se explicó, el núcleo A está en un campo magnético más fuerte y, por lo tanto, tiene una frecuencia de resonancia alta (por ejemplo, 70 MHz). El núcleo B está en un campo más débil y, por lo tanto, tiene una frecuencia de resonancia más baja (por ejemplo, 60 MHz).

Deshagámonos del diagrama del paciente para que las cosas estén menos abarrotadas.

Ahora está listo para comprender cómo la máquina de resonancia magnética selecciona varias áreas para estudiar. Imaginemos que quiere obtener una imagen del área del pie (es decir, necesita los núcleos de hidrógeno del área del pie (B) para responder). Lo hace enviando energía de RF (desde la bobina de RF rosa) a la frecuencia de resonancia de los núcleos de interés, en este caso 60 MHz.

Debido a que la energía de RF de frecuencia 60 MHz está por debajo de la frecuencia resonante del núcleo de hidrógeno en el extremo de la cabeza del paciente (A), simplemente pasa por este núcleo sin ser absorbida. Por otro lado, la energía de RF de 60 MHz coincide exactamente con la frecuencia de resonancia del núcleo de hidrógeno al pie del paciente (B). Por lo tanto, este núcleo absorbe la energía y cambia su dirección de giro para convertirse en un núcleo de alta energía.

Una vez que la bobina de RF deja de transmitir energía, la bobina de escucha (verde) escucha una señal de retorno de energía. Dado que solo los núcleos de hidrógeno en el extremo de los pies (B) absorbieron energía, son solo estos núcleos los que ahora liberan energía. Los otros núcleos, por ejemplo, ‘A’, no responden, ya que no absorbieron energía. De esta manera, la máquina de resonancia magnética puede obtener información específicamente del área de las extremidades inferiores del paciente.

Ahora imaginemos que la máquina de resonancia magnética quiere obtener una imagen de parte de la cabeza del paciente, es decir, el área donde reside el núcleo ‘A’. Para hacer esto, la máquina de resonancia magnética cambia la frecuencia de la energía de radiofrecuencia emitida para que ahora coincida con la frecuencia de resonancia del núcleo A. Por lo tanto, esta vez, el núcleo de hidrógeno A absorbe la energía ya que coincide con su frecuencia de resonancia, mientras que el núcleo B en el pie ignora esta energía ya que no coincide con su frecuencia de resonancia.

Una vez que la bobina de RF deja de enviar energía, esta vez solo el núcleo A envía energía de vuelta.

Entonces, al cambiar la frecuencia emitida por la bobina de RF (por ejemplo, 70, 68, 66, etc.), la máquina de resonancia magnética puede buscar núcleos de hidrógeno sección por sección de manera ordenada.

La máquina de resonancia magnética tiene una computadora muy poderosa que controla varios aspectos del proceso de exploración. La computadora controla la bobina de gradiente para crear un gradiente magnético apropiado. A continuación, controla la frecuencia de la energía de radiofrecuencia emitida según la parte del cuerpo que desee observar. Luego recoge las señales de retorno que llegan a la ‘bobina de escucha’. Repite este proceso hasta que se ha escaneado la anatomía requerida del cuerpo.

El tipo de señal de retorno de los núcleos de hidrógeno en diferentes tejidos es diferente. Por ejemplo, la señal de retorno de los núcleos de hidrógeno en la materia gris del cerebro es diferente de la señal de retorno de los núcleos de hidrógeno en la materia blanca.

La computadora procesa toda la información reunida para construir las imágenes de alta calidad. Por supuesto, lo que les he explicado es una versión súper simplificada de cómo suceden realmente las cosas. La máquina de resonancia magnética real funciona de una manera mucho más sofisticada, y entrar en tantos detalles está más allá del alcance de este sitio web y de mi mente.

Según los psicólogos, el cerebro humano tiene una tendencia a pensar a veces de formas muy extrañas que no tienen sentido. Tal “pensamiento estúpido” hecho por el cerebro de uno puede hacer que uno haga juicios y decisiones equivocadas. El sitio web gratuito en el siguiente enlace describe los tipos comunes de pensamientos estúpidos que puede hacer el cerebro. Esto te ayudará a reconocer y cambiar ese pensamiento cuando te suceda. El sitio web es completamente gratuito.

Bobinas receptoras

Has visto que la bobina receptora recibe la energía liberada por los núcleos de hidrógeno que se mueven del estado de alta energía al estado de baja energía. Hay varios tipos de bobinas receptoras. A menudo es mejor utilizar una bobina receptora que pueda mantenerse lo más cerca posible del área de la que se está tomando la imagen. Por ejemplo, para obtener imágenes de estructuras en la cabeza, se puede usar una “bobina de cabeza”.

En ciertas situaciones, no es necesario usar una bobina receptora separada (bobina azul abajo). En cambio, la misma bobina de RF (bobina negra en el diagrama) que se usa para dar ondas de energía de RF a los núcleos también se puede usar para recibir ondas de energía devueltas por los núcleos.

El operador de MRI elegirá la bobina receptora más apropiada necesaria para dar buenas señales del área del cuerpo que se está tomando la imagen.

Imán y enfriamiento

Recordará que la máquina de resonancia magnética necesita un campo magnético para alinear los núcleos de hidrógeno.

¡Es por eso que “Imágenes por resonancia magnética” contiene la palabra “imán”!

Para que los núcleos de hidrógeno se alineen, el campo magnético debe ser extremadamente fuerte. Las unidades de magnetismo comúnmente utilizadas son Tesla y Gauss. Un imán de resonancia magnética típico tiene una fuerza de 1,5 Tesla. Esto es unas treinta mil veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra.

Un imán tan poderoso necesita un diseño muy especial. Los imanes típicos que se utilizan en las máquinas de resonancia magnética son los electroimanes. Estos hacen uso de la propiedad eléctrica básica de que cuando un cable eléctrico transporta una corriente eléctrica, genera un campo magnético a su alrededor.

Para ahorrar espacio y generar un campo lo suficientemente fuerte, el cable generalmente se enrolla en una bobina. En mis explicaciones anteriores, había dibujado el imán como dos bobinas verdes a cada lado del paciente. Esto lo hice para que las imágenes estuvieran menos desordenadas.

En realidad, es más como una bobina de alambre que rodea al paciente.

Abajo hay una imagen de un imán de resonancia magnética real, que se ve mucho menos aterrador que el que dibujé arriba. El paciente entra en el agujero del medio. La bobina magnética gira alrededor de este agujero.

Ahora hablaré sobre un gran problema al que se enfrentan los diseñadores de imanes de resonancia magnética.

Como saben, el campo magnético de la resonancia magnética tiene que ser muy fuerte. Para crear un campo magnético tan fuerte, tienen que pasar corrientes muy grandes a través de los cables del imán.

Puede recordar de la sección en otra parte de este sitio web que trata sobre la electricidad básica, que los cables tienen “resistencia”. Si envía una gran corriente a través de un cable de grosor “normal”, la resistencia del cable intentará resistir el flujo de esta gran corriente. Esto calentaría el cable y haría que se quemara.

Una opción podría ser usar cables más gruesos, ya que los cables gruesos ofrecen menos resistencia a la corriente. Sin embargo, para hacer frente a la corriente necesaria para crear fuertes campos magnéticos necesarios para las máquinas de resonancia magnética, los cables tendrían que ser muy gruesos. El espesor requerido sería demasiado para hacerlo utilizable en la práctica.

A los diseñadores de los sistemas de resonancia magnética se les ocurrió una solución ingeniosa. Hay una propiedad especial que les sucede a los alambres cuando se hacen muy fríos. A temperaturas muy frías, los cables pierden toda resistencia a la corriente eléctrica. Las razones físicas de esto son complejas, así que no entremos en esos detalles. Un cable que se ha enfriado lo suficiente como para perder toda su resistencia se llama “superconductor”. Un cable superconductor incluso de un “grosor normal” puede transportar fácilmente cantidades masivas de corriente ya que ya no hay resistencia al flujo de corriente.

Entonces, en las máquinas de resonancia magnética típicas, las bobinas del electroimán se vuelven superconductoras al mantener las bobinas sumergidas en un líquido muy frío.

La sustancia elegida para mantener frías las bobinas magnéticas es el helio líquido. El helio a temperatura ambiente es un gas, pero a temperaturas muy frías es un líquido. Como puede ver a continuación, ¡la temperatura del helio líquido es muy baja!

Entonces, para resumir, el imán de la resonancia magnética debe ser muy fuerte para que la resonancia magnética funcione. Normalmente, para enviar una corriente tan fuerte, los cables tendrían que ser extremadamente gruesos y esto no es práctico. Entonces, los cables están sumergidos en helio líquido y esto los vuelve extremadamente fríos. La condición de frío extremo hace que los cables pierdan toda resistencia y se vuelvan “superconductores”. Esto permite que la máquina de resonancia magnética tenga grandes corrientes que generan fuertes campos magnéticos mientras mantiene los cables relativamente delgados. es decir, tener un imán fuerte pero compacto.

Dando vueltas para siempre!

Además de permitir el uso de cables más delgados, la superconductividad tiene otro beneficio muy interesante. Normalmente, un electroimán necesita que se le aplique una corriente constante para generar un campo magnético.

Sin embargo, con la superconductividad, dado que no hay resistencia, cualquier corriente eléctrica que reciba la bobina simplemente seguirá fluyendo ‘siempre’. Esta propiedad se puede aprovechar para que el imán no necesite un suministro de corriente continua. Cuando el imán se instala por primera vez, los ingenieros le dan una corriente eléctrica.

Una vez que se da la corriente inicial, debido a que el cable es superconductor y no tiene resistencia, simplemente continúa dando vueltas y vueltas “para siempre”. ¡No se requiere más suministro de corriente! Este flujo libre de corriente eléctrica significa que la bobina sigue produciendo un campo magnético para siempre.

Es muy importante tener en cuenta que, debido al fenómeno anterior, el imán siempre está ENCENDIDO. Incluso cuando la máquina de resonancia magnética parece estar “APAGADA” y el personal se ha ido a casa a pasar la noche, el imán sigue funcionando.

Por lo tanto, debe tener cuidado con el imán en todo momento, incluso cuando la máquina parezca “tranquila e inactiva” y no tenga un paciente dentro.

Apagando

Antes de continuar, déjame decirte que esto es algo extremadamente raro. Por lo tanto, no se preocupe demasiado de que le suceda a usted, ya sea como miembro del personal o incluso como paciente.

Apagar es apagar un imán superconductor. En raras ocasiones, puede ocurrir espontáneamente debido a una falla en el imán. Por ejemplo, una falla en el imán puede causar que un pequeño tramo de cable se caliente (área rosa en el diagrama).

El calentamiento del cable debido a la falla hace que esa parte del cable sea ‘no superconductora’ y desarrolle una resistencia al flujo de corriente (área rosa). La corriente de las otras porciones aún superconductoras del cable (verde) intenta cruzar esta área localizada de alta resistencia y esto conduce a una generación de calor adicional (amarillo).

El calor adicional se propaga y hace que las partes adyacentes del cable también se calienten y se vuelvan no superconductoras. Esto lleva a que otras áreas del cable pierdan su estado de superconductividad y desarrollen una alta resistencia al flujo de corriente. La corriente que trata de fluir a través de esta mayor resistencia crea aún más calor y el proceso continúa.

Pronto todo el rollo de alambre se calienta.

El calor empieza a “hervir” el helio. Hay una acumulación de alta presión a medida que el helio líquido quiere expandirse y salir. Esta es una situación peligrosa ya que el tanque de helio ahora podría explotar. Afortunadamente, los diseñadores de la máquina de resonancia magnética han pensado en esta situación y han colocado una tubería (verde) que conecta el tanque de helio con el exterior del hospital.

Una válvula de seguridad se abre y libera el helio de forma segura fuera del hospital.

Una vez que se ha expulsado todo el helio, el imán está a salvo.

El apagado del imán no siempre se debe a una falla del imán. En circunstancias muy específicas, puede ser necesario que el operador de MRI apague el imán. Permítanme explicar cómo sucede este “apagamiento iniciado por el personal”. En algún lugar cerca de su máquina de resonancia magnética habrá un botón de PARADA que se usa para detener (apagar) el campo magnético. (Mientras mira el botón, notará que el personal de MRI lo mirará con miedo, preocupado de que pueda presionarlo por error).

El botón de “parada del imán” es un botón que ciertamente no querrás presionar por error. El botón está conectado al sistema de ventilación.

Si se presiona el botón, una válvula abre el tubo de ventilación. Luego, el helio se libera de manera segura al exterior del hospital.

La pérdida de helio calienta el imán y detiene la superconductividad. Los cables ahora desarrollan una resistencia al flujo de corriente que luego se detiene.

Sin flujo de corriente, ya no habrá magnetismo. El imán ahora se ha apagado con éxito.

No debe usar el botón de apagado de emergencia para cada tipo de emergencia. El enfriamiento da como resultado la pérdida de helio, que es extremadamente costoso de reemplazar. Además, el proceso de extinción puede dañar el imán, lo que puede llevar mucho tiempo reparar, lo que hace que la resonancia magnética no esté disponible para otros pacientes.

La mayoría de las emergencias en la sala de resonancia magnética no necesitarán que presione el botón de extinción. Puede gestionar emergencias en la propia sala de máquinas de resonancia magnética siempre que tenga el equipo seguro de resonancia magnética adecuado. Puede manejar otras emergencias llevando al paciente a una habitación ubicada junto a la máquina de resonancia magnética, donde puede usar de manera segura el equipo hospitalario estándar. Sin embargo, en ciertas situaciones excepcionales, es posible que deba detener el magnetismo apagando el imán. Por ejemplo, imagine que alguien, por error, trajo un cilindro de oxígeno de acero cerca de la máquina de resonancia magnética.

Es importante reconocer que el campo magnético de la máquina de resonancia magnética se extiende más allá de la mesa de exploración del paciente.

Imagine que el cilindro ahora es atraído hacia el imán y atrapa al paciente debajo de él.

Si no puede quitar físicamente el cilindro usando una fuerza normal, su única opción podría ser apagar el imán apagándolo. Ahora que el campo magnético se ha ido, puede quitar fácilmente el cilindro de acero.

Problemas potenciales durante el enfriamiento del imán:

Durante una extinción, ciertas condiciones, como el bloqueo de la tubería de ventilación, pueden provocar que el helio se libere en la habitación que contiene la máquina de resonancia magnética en lugar de liberarse al exterior del edificio. El helio líquido que ingresa a la habitación se convertirá rápidamente en gas a temperatura ambiente y se expandirá rápidamente para llenar la habitación.

Existen algunos riesgos para el paciente y el personal asociados con la liberación de helio en la sala de resonancia magnética. Una consecuencia puede ser bastante divertida. El Helio elevará el “tono” de las voces de las personas haciéndolas sonar como personajes de dibujos animados para niños. Esto sucede porque el helio tiene una densidad baja y esto hace que el sonido viaje más rápido. Si desea escuchar una muestra de una voz de helio, le sugiero que visite YouTube.com y escriba el término de búsqueda “voz divertida de helio”. Mientras esté en Youtube.com, también puede escribir el término de búsqueda “mri quench” para ver algunos videos de enfriamiento de imanes de MRI reales.

Una consecuencia mucho más grave es que el helio puede empujar el oxígeno hacia el fondo de la habitación, lo que provoca hipoxia en el paciente y en cualquier otra persona que se encuentre en la habitación.

Por lo tanto, durante la extinción, es importante abrir la puerta de la sala de resonancia magnética para dejar salir el helio. También se debe evacuar con calma pero rápidamente al paciente y al personal. Solo he dado una breve introducción a la extinción. Debe prepararse para esta rara eventualidad utilizando la información de las políticas de su hospital.

Una pequeña nota para terminar esta sección: mientras leía para escribir sobre la máquina de resonancia magnética, me sorprendió leer artículos de noticias que dicen que el suministro mundial de helio está disminuyendo. Esta noticia me hace preguntarme sobre el helio que se usa para inflar globos de fiesta que flotan. Como sabrás, los globos llenos de helio flotan en el aire porque el helio tiene una densidad baja. Son hermosos de ver.

Pero me pregunto si deberíamos estar desperdiciando un recurso tan útil en globos flotantes para fiestas. En cambio, ¿no deberíamos salvaguardar las reservas mundiales de helio para las máquinas de resonancia magnética?

Por qué las máquinas de resonancia magnética son tan ruidosas: la “guitarra de bobina de gradiente”

Si ha estado al lado o dentro de una máquina de resonancia magnética (¡como paciente!), sabrá que puede ser ruidoso. Sin embargo, si solo ha estado dentro de la sala de control de resonancia magnética, es posible que no se dé cuenta de lo ruidoso que es. Además, la máquina de resonancia magnética produce una gran variedad de sonidos diferentes.

La razón por la que la máquina de resonancia magnética es tan ruidosa es que en realidad es una “guitarra enorme”. No te preocupes, te lo explicaré.

Como se mencionó anteriormente, la máquina de resonancia magnética tiene un imán extremadamente fuerte, que se muestra como la bobina verde a continuación. Este imán produce un campo que es igualmente fuerte en todas partes.

También sabe que hay ‘bobinas de gradiente’ (bobinas azules abajo) que modifican el campo uniforme de los imanes principales para producir gradientes magnéticos.

Las bobinas de gradiente crean un gradiente al producir un pequeño campo magnético dentro del campo magnético principal. Los dos campos magnéticos interactúan y dan como resultado el gradiente magnético.

Los gradientes que he mostrado en nuestras discusiones se han simplificado mucho. En realidad, hay muchas bobinas de gradiente y, a medida que la máquina de resonancia magnética escanea diferentes partes del cuerpo, las bobinas trabajan juntas para crear campos de gradiente muy complejos.

A medida que la máquina de resonancia magnética escanea diferentes áreas del cuerpo, cambia los gradientes según sea necesario. Los cambios de los gradientes se realizan cambiando rápidamente los campos magnéticos producidos en las bobinas de gradiente. Las bobinas de gradiente tienen un trabajo duro que hacer. Es bastante “difícil” para ellos crear sus campos magnéticos modificadores en presencia del campo magnético principal extremadamente fuerte. Cuando las bobinas de gradiente producen campos magnéticos para alterar el campo magnético principal, debido a las enormes fuerzas magnéticas involucradas, se mueven ligeramente.

La máquina de resonancia magnética cambia los gradientes muy rápidamente de formas complejas. Esto hace que las bobinas de gradiente se muevan ligeramente rápidamente (vibren). Las bobinas de gradiente vibrante ahora producen sonido (líneas rojas).

Veo la máquina de resonancia magnética como una guitarra gigante, las bobinas de gradiente son las cuerdas de la guitarra. A medida que la resonancia magnética crea gradientes complejos, las cuerdas de la guitarra (bobinas de gradiente) vibran, produciendo la variedad de melodías más sorprendente. Si tiene acceso a Youtube.com, visítelo y escriba “Sonidos de resonancia magnética” para escuchar los increíbles sonidos a los que me refiero. Asegúrate de hacer clic en más de un video, para que puedas escuchar la gran variedad de sonidos producidos.

¡Disfruta de la “Guitarra Gradiente!”

Dejando a un lado la diversión, el ruido de la bobina de gradiente es un gran problema con los escáneres de resonancia magnética actuales. Es lo suficientemente fuerte como para requerir que los pacientes y el personal usen protección para los oídos.

Anestesia y resonancia magnética

Este sitio web está escrito principalmente para el personal que trabaja en anestésicos. Sin embargo, soy consciente de que también hay muchos miles de visitantes que no son anestesistas (que, por supuesto, son bienvenidos). La siguiente sección es principalmente para los anestésicos, por lo que algunos de ustedes tal vez deseen dejarnos aquí.

Proporcionar servicios de anestesia para MRI es un gran desafío. Solo aquellos que tienen la experiencia relevante deben participar en el mundo único de la resonancia magnética. El enfoque de este sitio web es principalmente no clínico y, por lo tanto, la discusión que sigue es muy básica y puede no ser precisa para su entorno clínico. Por lo tanto, no confíe en la información aquí para la atención real del paciente.

La anestesia y la resonancia magnética son como una pareja casada que a menudo se irrita el uno con el otro.

La máquina de resonancia magnética puede interferir con la anestesia, y lo contrario también es cierto, donde la anestesia puede estropear las exploraciones de resonancia magnética. Sin embargo, en aras de producir buenas imágenes y mantener la seguridad del paciente, la pareja debe trabajar junta, teniendo cuidado de no molestarse mutuamente.

Discutamos algunos desafíos.

Distancia:

La máquina de resonancia magnética puede estar ubicada a cierta distancia de los quirófanos. La ubicación de la sala de resonancia magnética debe tener en cuenta muchas consideraciones. El imán de resonancia magnética puede pesar de 3000 a 4000 kilogramos (6600 a 8800 libras) y, por lo tanto, debe colocarse sobre un piso resistente. También es necesario elegir un área que minimice las interferencias eléctricas, magnéticas y de vibración. Todo esto significa que el MRI puede instalarse en una habitación alejada de su área habitual de trabajo (por ejemplo, quirófanos). Si hay una emergencia, puede ser difícil obtener la ayuda y el equipo adecuados rápidamente. Por lo tanto, usted y su equipo deben tener las habilidades necesarias para hacer frente a las emergencias. También tendrá que mantener el equipo adecuado.

Campo magnético:

Como se discutió anteriormente, el campo magnético dentro y alrededor de una máquina de resonancia magnética es muy fuerte. Por lo tanto, el personal y los pacientes deben evitar llevar objetos que puedan ser atraídos por el campo magnético. Para cumplir con esto, el personal de MRI administrará una lista de verificación para asegurarse de que todos estén limpios. Incluso con la lista de verificación, vale la pena revisar sus bolsillos en busca de artículos que pueda haber olvidado.

Los objetos pequeños pueden convertirse en balas letales al ser atraídos por el campo magnético.

Como vio antes, los objetos grandes también pueden introducirse en la máquina de resonancia magnética.

Este tipo de objetos grandes pueden atrapar al personal o al paciente.

Quemaduras por radiofrecuencia:

Recordará que la máquina de resonancia magnética envía pulsos de energía de radiofrecuencia al paciente.

Desafortunadamente, esta energía también puede ser captada por cables y objetos metálicos. Por ejemplo, los cables del electrocardiograma pueden captar esta energía y calentarse, lo que podría causar quemaduras al paciente.

Se deben tomar precauciones especiales para evitar quemaduras relacionadas con la energía de radiofrecuencia. Por ejemplo, para evitar quemaduras, los cables de electrocardiograma deben estar especialmente diseñados, es posible que deban colocarse de cierta manera en el pecho, no se debe permitir que formen bucles (que son muy buenos para captar energía de radiofrecuencia) y deben tener un espacio de aislamiento adecuado entre el cable y el paciente. Como se mencionó anteriormente, obtenga consejos específicos de expertos sobre cómo trabajar en el entorno de resonancia magnética.

Por supuesto, hay muchos otros aspectos, como el control remoto, los sistemas de respiración, etc., que no he mencionado. Espero que mis discusiones le hayan dado un punto de partida para comprender el maravilloso y misterioso mundo de la máquina de resonancia magnética. Gracias por seguirme hasta el final (¡como un imán!).

Ahora hemos llegado al final de nuestra discusión sobre la física básica de la formación de imágenes por resonancia magnética. Espero que le haya dado una buena introducción al tema y le ayude cuando lea más sobre este tema. ¡Adiós hasta que nos volvamos a encontrar en otra sección!