bases fisicas rm

Bases Físicas de Resonancia en Neurorradiología

Bases Físicas• Gorter : Concepto de RNM 1936

• Lautebur : Gradientes de campo 1973

• U.de Nottingham: Anatomía Humana 1977

• Damadian Rm cuerpo entero 1978

• General Electric RM alto campo 1981

Se realizan más de 20 millones de exploraciones por año

Bases Físicas

Bases Físicas

• Fenómeno físico, núcleos atómicos con número impar de protones y/o neutrones pueden absorber E de rf al ser colocados en un potente campo magnético.

• Se requiere de tres tipos de campos magnéticos:– Campo principal( intenso y homogéneo) Bo(z) selección de corte– Tres gradientes de campo ortogonales (Bz, By, Bx)– Campo de excitación de rf (Bx, By) (uniforme y angulo recto a Bo)

• Generar campo se pasa corriente eléctrica por una bobina:– 5 bobinas : Campo ppal, 3 de gradiente y una de rf

Bases Físicas

• Campo Magnético requiere ESTABILIDAD (tiempo) y HOMOGENEIDAD (espacio)– SHIMING pasivo y

activo , permite homogeneizar

Bases Físicas

• ELECTROIMÁN SUPERCONDUCTIVOS– Aleación metálica (-273°C)

de TitanioNiobio en cámara de Helio

– Permiten incrementar el campo

Bases Físicas

• GRADIENTES MAGNÉTICOS– Variaciones del campo en una dirección– Penditente : mT/m– Resolución espacial, grosor de corte y FOV

zza b c

BB a

Bb

B c

B cBb

B a

B 1 B 2B o

z

+

m T / m

Bases FísicasMAGNETIZACIÓN

• Núcleos de H poseen movimiento de SPINNING– Vector de SPIN

• Bajo Campo Magnético– Paralelo-Antiparalelo

– Movimiento de precesión

• Ley de Larmor:

S

B

( )E S T A D O A N T I P A R A L E L O“ ”D O W N

( )E S T A D O P A R A L E L O“ ”U P

5 4 , 7 º

5 4 , 7 º

B

µ

5 4 , 7 º

f p = γ B / 2 π ( H z )

Bases FísicasEXCITACIÓN NUCLEAR

• Pulso de Radiofrecuencia

– Absorbe energía ( entran en resonancia)

– Pasan a estado DOWN

– Movimiento de nutación

– FLIP ANGLE

B o

M

º


B a B cB b

f pb

f pc

f pa

f p b

B

G r a d B+- f+- f

+- ZZ


P o o l d e a g u a l i b r e

P o o l d e a g u a l i g a d a

f

f r

Tres grupos de núcleos de H

- Agua libre

- Agua ligada

- Molécula lipídicas

Bases FísicasRELAJACIÓN NUCLEAR

Proceso de liberación de energía

Influenciada por el medio ( RED)

Induce señal eléctrica ( FID)

Recogida por antena receptora

Frecuencias distintas (Análisis de Fourier)t

F I DS

B o

M

Bases FísicasRELAJACIÓN NUCLEAR T1

M z

t

M

T 1

T 1

Relajación Longitudinal( spin-red)

Entorno Molecular

Lípidos (intermedio) Liberación facilitada

Agua Libre (pequeña y móvil) Liberación restringida

f

Efi

caci

a

M a c r o m o l é c u l a s

M o l é c u l a s i n t e r m e d i a s

M o l é c u l a s p e q u e ñ a s

B a n d a d ef r e c u e n c i a s e n I R M

Bases FísicasRELAJACIÓN NUCLEAR T1 IR

M

S e ñ a l d e l e c t u r a

+

M-

t

1 8 0 º 9 0 ºP u l s o i n v e r s o r P u l s o l e c t o r

T It

Bases FísicasRELAJACIÓN NUCLEAR T2

M

M

z

x , y

x , y

t

T R A N S V E R S A L ( M )x , y

T 2

a ) b ) c ) d )

Relajación Transversal(Sincronismo relajación)Coherencia se pierde post 90°

Interacción Spin-Spin

Refleja señal del agua Libre

Bases FísicasRELAJACIÓN NUCLEAR T2 y T2*

T2 No considerar inhomogeneidades del campo externo Ni variaciones locales

T2* Considera todos los factores

T2* < T2

Bases FísicasSECUENCIAS CLÁSICAS SE

S E C U E N C I A S E C L Á S I C A

R F

S e ñ a l

T R

T E / 2 T E / 2

9 0 º1 8 0 º

t

t

9 0 º 9 0 º

T E3 0

6 0

9 0

1 2 0

T E ( m s )

5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 T R ( m s )

T1

T 2

D

S E

Bases FísicasSECUENCIAS CLÁSICAS GRE

º

S E C U E N C I A G R E C L Á S I C A

R F

S e ñ a l

T R

t

t

T E

ººº

Bases FísicasSELECCIÓN DEL PLANO TOMOGRÁFICO

RM permite selección tomográfica en cualquier plano

Gradiente magnético en la dirección deseada

Pares de bobinas recorridas por corrientes continuas

Las corrientes son opuestas lo que incrementa el Gradiente

Bases FísicasSELECCIÓN DEL PLANO TOMOGRÁFICO

Bases FísicasRECONSTRUCCIÓN DE LA IMAGEN

Es necesario individualizar cada voxel del plano tomográfico

Gradientes magnéticos perpendiculares durante relajación

Codificación por gradiente y por fase

Análisis de Fourier


Gy Codificación en faseGradiente por filas

A mayor frecuencia se adelantan( desfasan)

Gradiente de codificación en fasePhase-Encoding Gradient


Gx Codificación de frecuenciasGradiente por columnas

Se relajan a frecuencias distintas, pero también se desfasan

Se aplica gradiente bipolarGradiente de desfase y Gradiente de lectura


Por cada fila se recoge unas seña

Se repite ciclo tantas veces como indique nla DIM-FASE

El conjunto de datos ESPACIO K


G x

G y

G y 3

G x

t

t

E c o

t

G y 1G y 2

G y

S 1S 2

S 3

G x

t

t

E c o

t

- ( D i m - F a s e ) / 2

G y

+ ( D i m - F a s e ) / 2

Bases FísicasSECUENCIAS RÁPIDAS

R F

G y

G x

T R

G y ( + 1 2 8 )

t

t

K y = + 1 2 8

1 e r E C O

E S P A C I O K

º

T R

G y ( + 1 2 7 )

2 º E C O

º

G y ( + 1 2 6 )

3 e r E C O

º

t

G zt

K y = + 1 2 7K y = + 1 2 6

Bases FísicasSECUENCIAS RÁPIDAS

GRADIENT ECHOGx bipolaresPulso αº y GyLlenado lineal del espacio K

TR cortos, favorece magnetización residualSTEADY STATE

GRE INCOHERENTESSpoiler ( elimina comp transv.)Potenciadas T1

ANGIO VASOS DEL CUELLO

Bases Físicas

SECUENCIAS RÁPIDAS FSE

Llenan varias líneas del espacio K en cada TR

Pulsos consecutivos de 180°

Codificación con Gradiente de Fase distinto

Bases Físicas

SECUENCIAS RÁPIDAS FSES E C U E N C I A ( F A S T / T U R B O ) S E

R F

G y

G x

T R

1 e r E C O

E S P A C I O K

9 0 º

G y ( - 6 5 )

1 8 0 º

9 0 º

G y ( - 1 )

1 8 0 º

G y ( + 1 )

1 8 0 º

G y ( + 6 5 )

1 8 0 º

9 0 º

G y ( - 6 6 )

1 8 0 º

9 0 º

2 º E C O 3 e r E C O 4 º E C O 1 e r E C O

Z O N A E C O 4

Z O N A E C O 3

Z O N A E C O 2

Z O N A E C O 1

G z

t

t

Bases Físicas

SECUENCIAS RÁPIDAS EPI

Trayectoria de llenado espacio K en zig-zag

Postexcitación genera Tren de Ecos ( ETL) mismo TR

SINGLE SHOT llenado espacio K en un TR

Gr codificación de fase se aplica cuando Gx pasa por 0 se acumula la fase y se llenan líneas

Preparación tisular : 90°, αº, 180-90-180

Bases Físicas de Resonancia en Neurorradiología

Dr. Rodrigo Flores HernándezMayo de 2005

Bases Físicas

SECUENCIAS RÁPIDAS EPIS E C U E N C I A G E - E P I S I N G L E S H O T

R F

G y

G x

t

T R

E S P A C I O K

t

t

4 º E C O 1 2 8 º E C O

1 2 7 º E C O

G y ( + 6 4 )

1 e r E C O 3 e r E C O

2 º E C O

º

t

G z tt

DIFUSIONLa agitación térmica de la molécula de agua

Movimiento Browniano( difusión molecular)Movimiento Fickiano

Movimiento de traslación y cambio de orientación de las moléculas de agua libre

Expansión de moléculas desde un punto inicial

DIFUSIONLas moléculas de agua libre están en continuo movimiento aleatorio debido a la agitación térmica.

Completamente al azar.

r2 = 2 D t

Ecuación básica de la difusión libre mostrando que el desplazamiento crece dependiendo tan solo de la raíz cuadrada del tiempo transcurrido.

t

Cr

t0 t1 t2

r = 2 D t2

DIFUSIÓN SIMPLE

DIFUSION

agua libre

coeficiente de difusión D= 10 –5 cm2/s

flujo capilar 1 mm/s.

2 ms

2 micras 20 micras

200 ms.

2 ms 20 ms

coeficiente de difusión D= 10 –5 cm2/s

DIFUSIONLa señal RM es sensible a estos pequeños desplazamientos moleculares del agua libre. a ) b ) c ) d )

B o

M

º

Agitación molecular

Traslación molecular

DIFUSION

a ) b ) c ) d )

Agitación molecular

Traslación molecular

Gradiente

a ) b ) c ) d )a ) b ) c ) d )

DIFUSION

TE suficientemente largo para intercalar pulsos de gradiente

Sensible a difusión en dirección de gradiente

Al menos tres gradientes

Valor de b directamente proporcional a potenciación en difusión

Bases Físicas

SECUENCIAS RÁPIDAS DIFUSION

Bases Físicas


Aumento de b produce aumento de TE Pot T2

T2 shine-trough

A mayor b mayor potenciación en difusión

b depende de G gradiente, duración gre, intervalo de gre

Bases Físicas


Cálculo con diferentes valores b, permite eliminarContaminación T2

b = 1000 ( D= 0,001 mm/s ) valor de tejido cerebral

Bases FísicasCoeficiente de Difusión Aparente (ADC)

Voxel :Difusión red de microcapilaresDifusión extravascular

Microcapilares caída de señal más rápida, por lo que desaparece

Bihan : IVIM y IVCMPseudodifusión

Dos compartimientos :Flujo capilar 5%Estático

Bases FísicasCoeficiente de Difusión Aparente (ADC)

Valores de b bajos : Efecto de microcirculación a caída de señal

Valores de b altos¨: sólo se manifiesta difusión

Difusión isotrópica : igual probabilidad en cualquier dirección

Difusión anisotrópica:Variación según dirección de medición

Bases FísicasTensor de difusión o Tensor del ADC

Conjunto de valores que describen la dependencia de las direccionesde medida

Conjunto de 9 valores que incorporan: Dirección difusión (x,y,z) Ejes ortogonales de gre


ADCxx ADCxy ADCxzADCyx ADCyy ADCyzADCzx ADCzy ADCzz


X ZY

X

Z

Y

Imagen isotrópica DWI

DIFUSIÓN

• Sensibilidad (94%)• Especificidad (100%)• DW (-) inicial, alteración eléctrica neuronal• Sin embargo Alta intensidad difusión y ADC bajo :

– Hemorragia– Absceso– Linfoma– Creutzfeldt-Jakob

DIFUSIÓN E INFARTO

• Alta señal DW• Valores bajos ADC• Traducen ingreso masivo de Cationes al intracelular• Edema citotóxico• Alta señal DW primera semana, luego decae, hasta

72 días• ADC valor bajo primeros 10 días, luego flip-flop,

valor alto

Lansberg MG, Thijs VN, O'Brien MW, et al. Evolution of apparent diffusion coefficient, diffusion weighted, and T2-weighted

signal intensity of acute stroke. AJNR Am J Neuroradiol 2001; 22:637-644.

DIFUSIÓN E INFARTO ( 1 hora)

http://radiographics.rsnajnls.org/cgi/content/full/23/1/e7/F1E

http://radiographics.rsnajnls.org/cgi/content/full/23/1/e7/F1F

DIFUSIÓN E INFARTO ( 6 horas)



DIFUSIÓN E INFARTO VENOSO

• Inicio solapado, cefalea intensa, convulsiones

• Hemorragia frecuente

DIFUSIÓN E INFARTO VENOSO

• Puede existir hipointensidad DW y Valores altos ADC concordantes con edema vasogénico– Aumento presión daña BHE, edema vasogénico

• Puede haber Hiperintensidad DW yADC bajo por edema citotóxico que puede revertir– Valores <6 ml/100 gr/min : daño irreversible– Valores 7-20 ml/100gr/min : daño reversible

DIFUSIÓN y TUMORES

• Dw en Gliomas es variable

– DW alto y ADC bajo : Disminución Espacio extracelular

– No permite diferenciar tipo gliomas

– No diferencia edema de tumor

DIFUSIÓN y TUMORES (GLIOMA)



DIFUSIÓN y TUMORES (METASTASIS)

• Componente no necrótico– Hipo a iso DW y ADC alto– Hiper DW y ADC bajo (hipercelularidad)

• Componente necrótico– Hipo DW y ADC alto– Hiper DW y ADC bajo (Metahb o hiperviscosidad)

DIFUSIÓN y TUMORES (LINFOMA)


DIFUSIÓN y ABSCESO

• Hiperintensidad DW y ADC bajo

• Material purulento, alta celularidad, hiperviscosidad

• Diagnóstico diferencial ( Realce anillo)– Tumores necróticos– Radionecrosis

DIFUSIÓN y ABSCESO

DIFUSIÓN y HEMORRAGIA

• Hiperagudo (oxihemoglobina)

– Hiperintenso DW y ADC bajo– Alta señal T2

• Subagudo (metagemoglobina extracel)

– Hiperintenso DW y ADC bajo– Hiperinteso T2 y T1

DIFUSIÓN y HEMORRAGIA

bases fisicas rm

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