Como ya sabréis muchos de vosotros, la Imagen por Resonancia Magnética es una de las técnicas más potentes de la imagen médica debido a que es una técnica no invasiva no ionizante. Comparada con otras técnicas, posee una buena resolución espacial, proporciona un buen contraste en los tejidos blandos y permite obtener una información bastante valiosa de la circulación sanguínea. Sin embargo, su principal desventaja es la de tener una baja sensibilidad, por eso el desarrollo y administración de los agentes de contraste ha hecho que esta baja sensibilidad se vea aumentada.
En esta nueva entrada, el Servicio de Resonancia Magnética de Investigación os quiere introducir en el mundo de los agentes de contraste, pero para ello es necesario antes de nada daros unas pinceladas de los mecanismos de relajación para que podáis entender la base del contraste. De esta manera, en un primer capítulo estudiaremos los mecanismos de relajación para que en posteriores ediciones podamos comprender como pueden clasificarse los agentes de contraste.
MECANISMOS DE RELAJACIÓN EN RESONANCIA MAGNÉTICA
A la hora de adquirir una imagen, lo primero que tenemos que tener en cuenta es que tenemos que diseñar nuestro protocolo para intentar conseguir un contraste adecuado. Las propias casas comerciales, y en especial, en clínica, la mayoría de las secuencias vienen preajustadas, tan solo hay que ajustar la ventana y quizá algún que otro parámetro. Pero en imagen preclínica, estas secuencias tienen que ajustarse mucho más, ¿en qué? Os estaréis preguntando, no solo hay que ajustar el tamaño de la ventana de la región deseada (se denomina FOV: field of view) si no también los tiempos de adquisición, número de cortes, espesor del corte, resolución deseada. Todos estos parámetros influyen en el tiempo de repetición, el cual de un modo u otro va a determinar el tipo de contraste que obtengamos, a parte por supuesto, del tiempo total de adquisición total que especialmente en clínica es un factor muy a tener en cuenta.
Pero ¿por qué hablamos de relajación T1 y T2? Estos términos son ampliamente utilizados en resonancia magnética, de hecho, podríamos decir que es la base de la Resonancia en términos coloquiales, ¿por qué? Porque a la hora de visualizar una imagen compararemos contrastes entre los tejidos, y lo que pretendemos justamente es eso, conseguir el mayor contraste posible porque así podremos obtener una buena resolución.
En resonancia magnética, podemos definir la relajación bien desde el punto de vista físico-quimico (o mecano-cuántico) porque son fenómenos que les pasa a los spines o bien, podemos estudiarla como el resultado de aplicar unos parámetros en la secuencia cuyo fin es la de obtener nuestro contraste: nuestras imágenes potenciadas en T1 y en T2. ¿Cuál será nuestro objetivo final? ¿Qué nos interesa a nosotros? Obtener un diagnóstico, caracterizar un tejido. Entonces, estudiaremos en esta Newsletter como podemos obtener este contraste. Aunque antes tendremos que definir estos dos tiempos.
Fenómenos de Relajación Longitudinal y Transversal
Cuando queremos adquirir una imagen, tenemos que excitar los protones de nuestra muestra, en una región específica. Para ello, tendremos que aplicar un pulso de radiofrecuenca justamente en ese FOV, los protones que se encuentren en esa región determinada serán los que experimenten esa excitación. Después de esto, se producirá la relajación mediante este mecanismo, los protones volverán a su estado inicial. Bien por un proceso de relajación longitudinal (T1) y por una relajación transversal (T2). Existe un tercer parámetro que es el T2* que se relaciona con las inhomogeneidades en el campo magnético principal, que pueden ser el resultado de defectos intrínsecos en el propio imán o de las distorsiones de campo inducidas por susceptibilidad producidas por el tejido u otros materiales colocados dentro del campo. Estos procesos se producen bien por mecanismos de agitación térmica e internucleares. Sin entrar en muchos detalles de ecuaciones (Ecuaciones de Bloch) cada protón va a tener un valor de T1 y T2 en función del tejido (entorno) y del campo magnético en el que se encuentren, aunque para el T2 no se ve muy influenciado por este último.
Los valores de T1 serán más altos cuando mayor sea el campo magnético, se necesita más tiempo para alcanzar el equilibrio. En general los valores de T1 van a ser más altos (más lentos en su relajación) que los valores de T2.
Fig. 1. Curvas de relajación T1 y T2 definidas por las ecuaciones de Bloch. EL T1 de cada tejido se define como el tiempo que tarda en recuperarse el 63% de la magnetización Mz y el T2 como el tiempo requerido para que la magnetización transversal caiga a aproximadamente el 37% de su valor inicial.
Fig. 2. Curvas de T1 y T2. El T1 dependerá del contenido relativo de agua y de la forma en la que se encuentra formando parte de las estructuras Macromoleculares. Al igual que ocurre con el T1, los valores de T2 van a ser distintos en función del contenido de agua y el estado en el que se encuentren. Apenas se ve influenciado por el campo magnético.
IMÁGENES POTENCIADAS EN T1, EN T2 y EN DENSIDAD PROTONICA
Una vez que entendemos de donde proceden estos términos, ¿cómo lo podemos aplicar a la imagen? ¿Qué significa contraste positivo y contraste negativo?
A la hora de diseñar un experimento, tenemos que pensar que queremos ver, nos interesa ver simplemente anatomía, inflamación, tumores, necrosis, edema, hemorragia, etc.. Todos estos procesos van a poder distinguirse empleando la secuencia adecuada, y con ello, empleando los parámetros adecuados para una buena caracterización del tejido.
La imagen potenciada en Densidad protónica apenas proporciona contraste, solo da cuenta de la cantidad/ concentración de protones en el tejido. También se utiliza pero si queremos obtener contraste, la tendremos que descartar en el experimento.
Una imagen potenciada en T1 nos va a dar información anatómica, en ella vamos a obtener una imagen cuyas zonas intensas (brillantes) serán las que corresponden a protones en tejidos con movilidad restringida, protones que no circulan libremente, a diferencia del líquido cefalorraquideo (justo éste, tiene unos valores de T1 muy elevados y por tanto el LCR aparecerá negro en la imagen).
Una imagen potenciada en T2 nos va a proporcionar buena caracterización anatómica y muy buena información sobre diferentes lesiones: edema, hemorragia, tumores, necrosis, etc… Porque los protones que encontramos tienen una movilidad diferente. En este caso, las regiones hiperintensas corresponden a los protones con mayor movilidad. En este caso, el líquido cefalorraquideo aparecerá brillante.
Fig. 3. A y B) corte coronal y axial potenciado en T1, C y D) corte axial y coronal potenciado en T2.
Si estudiamos la figura 3, tenemos 4 imágenes, dos de las cuales están potenciadas en T1 (A y B) y en T2 (Cy D). La lesión corresponde a una isquemia cerebral producida por oclusión de la Arteria Cerebral Media. La lesión es hipointensa en T1 pero sin embargo es hiperintensa en T2. ¿Cuál de las dos proporciona mayor información? La imagen potenciada en T2. Ya que con esta se puede distinguir perfectamente la lesión con respecto a los tejidos de alrededor.
Para finalizar, y esto aunque se ve mucho mejor en la práctica una regla que viene muy bien es la definida por la siguiente figura (Fig. 4). Como tenemos que elegir los parámetros de la secuencia, Tiempo de Repetición (TR) y Tiempo de Eco (TE) para obtener nuestro contraste deseado. Para obtener imágenes potenciadas en T1 los tiempos tienen que ser cortos y para las imágenes potenciadas en T2 los tiempos han de ser largos.
Fig. 4. Obtención del contrate en función del TR y TE empleados en la secuencia.
Una vez que entendemos como son los contrastes que obtenemos y los parámetros que debemos elegir, lo siguiente es introducir los agentes de contraste. ¿Qué son? ¿Cómo se sintetizan? ¿Cómo se caracterizan? Y ¿Cómo se clasifican?. Lo explicaremos en la siguiente edición aunque adelantamos una breve introducción:
Los agentes de contraste son administrados para mejorar las imágenes de RM de los órganos y tejidos por cambio en los tiempos de relajación de los protones del agua, es por que se modifica la magnitud de la señal en la región del cuerpo donde se ha administrado el contraste. Normalmente acortan la velocidad de todos los procesos de relajación; sin embargo, cada sustancia influye de una manera especial. Los agentes de contraste que normalmente acortan los tiempos de relajación en la componente longitudinal son llamados agentes T1 o agentes de contraste positivos, mientras que los agentes T2, o contrastes negativos reducen los tiempos de relajación en la componente transversal.
CONCLUSIÓN
Entendiendo los fenómenos de relajación de los diferentes protones que tenemos en el cuerpo, podemos obtener una información muy valiosa para poder estudiar y diferenciar el tejido patólogico del normal. Seleccionando los parámetros y eligiendo las mejores secuencias, podremos adquirir imágenes con muy buen contraste. Sin embargo, a veces es necesario administrar agentes de contraste para poder intensificar ese contraste. Ya no solo por el aumento del contraste si no por la información adicional que nos puede proporcionar el compuesto administrado.
AUTOR
Marina Benito Vicente.
Responsable del Servicio de Resonancia Magnética de Investigación
Hospital Nacional de Parapléjicos.
Toledo, España.
Referencias
Caspani, S.; Magalhães, R.; Araújo, J.P.; Sousa, C.T. Magnetic Nanomaterials as Contrast Agents for MRI. Materials 2020, 13, 2586. https://doi.org/10.3390/ma13112586
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