radiología en la red: rx: La precesión.

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Antes de empezar, recordemos la definición de spin y aclaremos algunas cosas:

  • Definición de spin: es una característica de la naturaleza y permite que las partículas atómicas y subatómicas  interactúen con los campos magnéticos.

Dicho esto, núcleos atómicos realizan la PRECESIÓN. La precesión es un movimiento que podríamos comparar con la traslación que realiza la Tierra alededor de Sol. En el caso de los átomos, se produce debido a la interacción entre spin y un campo magnético externo:

  1. El núcleo tiene un momento angular.
  2. El campo magnético externo crea una fuerza perpendicular o “torque” a dicho momento angular.
  3. Se origina así un movimiento circular rotatorio , con una frecuencia específica para cada atómo, llamado movimiento de precesión.

Imagen2

¿Y porque es importante hablar de la precesión? Porque el fenómeno de la resonancia se consigue aplicando una onda electromagnética cuya frecuencia coincida con la frecuencia de precesión del núcleo que queramos excitar. Dicha frecuencia de precesión es específica para cada elemento químico (en nuestro caso el Hidrógeno) y viene determindada por una famosa fórmula, la ecuación de Larmor:

foγ Bo

Así vemos que la frecuencia de precesión (fo) presenta 2 particularidades:

  • Es directamente proporcional a la ratio giromagnética (γ) de cada elemento químico (por eso específica para cada elemento químico).
  • Es directamente proporcional a la intensidad del campo magnético (Bo).

Con esto más o menos sería suficiente, sin embargo, deberías echarle un ojo a lo que siguiente para poder comprender mejor.

Chemical Shift:

No todos los átomos H de nuestro organismo tienen la misma frecuencia de resonancia, a esto se llama Chemical Shift. Lo explicamos.

Los átomos de ¹H en nuestro organismo no se encuentran aislados, es decir, se encuentran formando otras moléculas, principalmente agua (H2O) y grasa (unidos al Carbono). Por ello, en realidad no todos los átomos de ¹H en el organismo tienen la misma frecuencia de resonancia. Esto es debido a que dicha frecuencia no depende realmente del campo magnético externo aplicado (Bo) sino que depende en realidad del campo magnético local (Bloc) que experimenta el núcleo a nivel atómico. Es decir, cada núcleo tiene un campo magnético local que depende de la estructura química de la molécula donde reside (el H formando agua o unido al C de la grasa) y es éste entorno el que determina la frecuencia de resonancia.

Este campo magético local (Bloc) depende del campo magnético extero (Bo) al cual se opone otro campo llamado campo magnético inducido (Bind).

Bloc = Bo − Bind

  • Este campo mangético inducido lo producen los electrones que giran alrededor del núcleo de los átomos. Éstos, crean una especie de escudo que se opone al campo magnético externo (de ahí la resta en la fórmula).
  • ¿Y por qué el campo de los electrones forman un escudo que se opone  al campo magnético externo? Porque los electrones tienen una Ratio Giromagnética Negativa que los hace precesar en sentido opuesto y finalmente hace que se opongan al campo.
  • ¿Y cómo se denomina al fenómeno que se opone a un campo magnético? Lo llamabamos Diamagnetismo, que es un tipo de susceptiblidad magnética.

A esta diferencia de frecuencia de resonancia se les denomina chemical shifts y, aunque para el Hidrógeno son relativamente pequeñas, son sin embargo detectables y se aprovecha para la práctica clínica, por ejemplo, para la Espectroscopia o en las secuencias de Fase – Fase opuesta.

Magnetización Neta:

Cuando estudiamos el fenómeno de la resonancia, no nos centramos individualmente en los spines de cada átomo de H del cuerpo humano. Sino que nos referimos a la suma de todos ellos (como si todo el cuerpo o región a estudio fuera un único spin). Pues dentro de este cuerpo habrá spines en situación de baja y alta E, que interaccionan entre ellos y la mayoría se anulan, quedando finalmente una pequeña propoción de ellos que predominan alineados a favor del campo magnético externo (baja energía). El promedio del momento angular de todos esos spines es lo que se denomina Magnetización Neta (M) y su valor máximo en situación de equilibrio se denomina Mo.

Imagen3

Quedémonos con esto:

  • A partir de ahora, no hablaremos de spines individuales, sino en su conjunto. O sea, hablaremos de M, la cual se comporta como un único vector.
  • M es el resultado del promedio de los momentos angulares de todos los spines de los millones de núcleos atómicos de nuestro cuerpo. Predominan en situación de baja energía.
  • Mo  es el valor máximo en equilibrio. Equilibrio = spines alineados con el campo magnético principal (Bo) = el campo magético de la Tierra.
  • M nos indica cuanta señal se puede generar en un estudio de RM.
  • A mayor número de spines y a mayor fuerza del campo magnético, mayor M (esto se determina por una fórmula matemática… que no voy a poner).
  • Cuando hacemos una secuencia de RM, sacamos de su estado de equilibrio a M y la hacemos precesar alrededor del eje axial del campo magnético (ver a continuación).

¿Podemos hacer precesar a M?

Sí, pero para ello hay que sacarlo de su estado de equilibro. Recuerda que M se alinea paralelo al eje del campo magnético primario, que es el del la Tierra.

Recuerda que M es la suma del promedio de los vectores de los millones de pequeños spines de los  núcleos atómicos de H de nuestro cuerpo. Aunque todos estos núcleos individualemente estén precesando, “M no lo hace”. Cuando emitimos una señal con la máquina de RM, lo que vamos a hacer es sacar a M de su estado de equilibrio, es decir, desalinearlo del eje del campo mangético externo primario al que estaba sometido (el campo magnético de la Tierra). Este segundo campo magnético que emite el escáner de RM se denomina B1 y lo hace a la frecuencia de precesión (o de Larmour) del Hidrógeno.

M

Derecha: M = promedio de todos los spines, cuyo resultado final predomina alineado a favor del campo magnético primario (el de la Tierra). Izquierda: campo magnético de la resonancia que interactua con M, la desplaza y la hace precesar.

Una vez realizado esto, se produce un intercambio de energía (entre B1 , los spines y su entorno molecular) y entonces M comienza a precesar. Esto quiere decir que el fenómeno de la resonancia ha empezado a ocurrir.  ¿En qué consite eso? Lo veremos en la próxima entrada.

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radiología en la prensa : ¿Todos los estudios de los últimos 15 años con resonancia magnética están mal?

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Según un estudio publicado recientemente en PNAS, un total de 40.000 estudios llevados a cabo durante 15 años podrían estar mal debido a errores en el software de la resonancia magnética funcional (fMRI), una de las técnicas de imagen más útiles para estudiar la actividad del cerebro.

En el estudio se tomaron datos en reposo de 499 pacientes de todo el mundo y compararon los resultados de sus resonancias magnéticas para así obtener 3 millones de comparaciones aleatorias. El 70% fueron falsos positivos. Los expertos evaluaron los tres paquetes más populares de software para el análisis de resonancia magnética funcional: SPM, FSL y AFNI.

¿Cómo es posible que haya 40.000 estudios mal realizados y nadie se haya dado cuenta? La principal razón es que realizar resonancias magnéticas es caro, lo que ha obligado tradicionalmente a los investigadores a realizar estudios con pocos pacientes y, lo más importante, no se han repetido los experimentos en muchos casos, para comprobar si los resultados eran los mismos.

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Además, hasta hace poco este problema se unía a la lentitud de estos programas informáticos. Tal y como explica Anders Eklund, de la Universidad de Linköping, en Suecia, y autor principal del estudio:

A pesar de la popularidad de resonancia magnética funcional como una herramienta para el estudio de la función cerebral, los métodos estadísticos utilizados raramente se han validado con datos reales.

Afortunadamente, hemos progresado bastante en este campo, y lo que antes se procesaba en 10 años ahora se puede hacer en 20 días, y lo resultados están disponibles en línea para el estudio de otros científicos.

Este hallazgo, pues, no invalida toda la investigación realizada con fMRI, pero sí que podrían haber muchos errores, y que todas esas conclusiones acerca de lo que nuestros cerebros hacen mientras realizados el ejercicio, jugamos, practicamos sexo o experimentamos adición a las drogas tal vez son parcialmente erróneas.

Un duro golpe al que debemos sumar que el año pasado se encontró que menos de la mitad de los hallazgos en estudios de psicologían fueron reproducibles.

Vía | Science Alert

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La noticia

¿Todos los estudios de los últimos 15 años con resonancia magnética están mal?

fue publicada originalmente en

Xataka Ciencia

por
Sergio Parra

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