5: LA RELAJACIN NUCLEAR (R: 03-2) 5.1

Una vez finalizada la emisin de RF, la magnetizacin va a volver a su posicin inicial

mediante un proceso de liberacin energtica denominado RELAJACIN. La relajacin se produce ya que los ncleos desprenden el exceso energtico que han absorbido al entrar en resonancia. La relajacin termina cuando la proporcin de ncleos del voxel entre los estados energticos up/down coincide con el equilibrio Boltzmiano. (Fig 5.1)

Fig 5.1 Movimiento del vector magnetizacin durante la relajacin nuclear despus de un pulso de 90.

La relajacin energtica no es un proceso espontneo sino que requiere de estructuras del entorno que sean capaces de absorber las energas que van a liberar los ncleos. Esta energa liberada por los ncleos es del mismo orden de magnitud del que utilizan las molculas para sus movimientos Brownnianos, por lo que durante la relajacin nuclear se produce un transvase de energa desde los ncleos a las estructuras moleculares circundantes. De aqu se desprende que la liberacin energtica se ver muy influenciada por el medio histoqumico en que se encuentran los ncleos. Las estructuras bioqumicas del entorno nuclear susceptibles de intercambiar energa con los ncleos, reciben globalmente el nombre de RED, PLASMA, LATEX o MEDIO. Esta dependencia del medio implica que la forma en que la magnetizacin vuelve a su posicin inicial despus del pulso de RF sea muy variable.

El retorno a la posicin de equilibrio de la magnetizacin produce unas modificaciones de campo magntico que pueden ser recogidas mediante una antena receptora ya que las variaciones de campo magntico inducen una seal elctrica con la que se obtendrn las imgenes en RM. (Fig 5.2).

Bo

M

5 LA RELAJACIN NUCLEAR

M

M

M

zz

x,y

x,y

t

t

LONGITUDINAL (M )

TRANSVERSAL (M )

z

x,y

5.2 5: LA RELAJACIN NUCLEA. (R: 03-2)

Fig. 5.2. Obtencin de la seal elctrica en una antena receptora durante la relajacin. Despus de un pulso de 90 se induce una seal sinusoide amortiguada (FID).

Despus de enviar un pulso de radiofrecuencia,

la relajacin de la Magnetizacin induce una seal elctrica en la antena receptora conocida por FID (Free Induction Decay) La FID es una seal sinusoide amortiguada. La frecuencia de la sinusoide es la frecuencia de precesin impuesta por el valor del campo magntico durante la relajacin. Dos voxels que estn bajo campos magnticos distintos en el momento de la relajacin, tendrn frecuencias de relajacin distintas y en consecuencia sus seales pueden ser diferenciadas mediante un anlisis que discrimine por frecuencia como ocurre con el anlisis de Fourier. Estudiando la seal de relajacin podemos obtener informacin sobre la densidad (D) de ncleos de H existentes en el voxel y tambin informacin relacionada con el medio mediante los parmetros llamados T1, T2 y T2*, que se obtendrn estudiando la relajacin nuclear sobre el eje longitudinal y sobre el plano transversal. (Fig 5.3.)

t

FIDS

Bo

M

5: LA RELAJACIN NUCLEAR (R: 03-2) 5.3

Fig 5.3. Estudio de la Relajacin siguiendo la evolucin en el tiempo de la componente longitudinal Mz y de la componente transversal Mx,y

Las imgenes RM reflejan en mayor o menor grado cada uno de estos parmetros. No

obstante se puede potenciar una imagen en uno de ellos mediante la programacin de secuencias de pulsos adecuadas. Aunque las componentes longitudinal y transversal traducen el proceso de relajacin y se crean instantnea y simultneamente a efectos didcticos las vamos a estudiar por separado. 5.1. IMGENES POTENCIADAS EN DENSIDAD. El valor de la magnetizacin es proporcional a la densidad de ncleos de hidrgeno que contiene el voxel (D). Dos voxels con distinta densidad tienen magnetizaciones distintas. Despus de enviar a ambos un pulso de 90, el valor inicial de la seal recogida en la antena receptora ser proporcional a sus D respectivas. Podemos por tanto realizar una imagen que est contrastada en D en la que la INTENSIDAD DE LA IMAGEN ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA DENSIDAD DE NCLEOS DE HIDRGENO.

M

M

M

zz

x,y

x,y

t

t

LONGITUDINAL (M )

TRANSVERSAL (M )

z

x,y

5.4 5: LA RELAJACIN NUCLEA. (R: 03-2)

Puede ser que no todos los ncleos de H del elemento de volumen entren en resonancia. En

efecto, el ncleo est precesando a la frecuencia impuesta por el campo magntico externo Bo ms las pequeas variaciones originadas por los otros ncleos y cargas elctricas en movimiento de su entorno. El H del radical -CH3 no tiene la misma frecuencia de precesin que el H del radical -OH. Si logramos enviar un pulso de radiofrecuencia con una frecuencia que slo excite a los ncleos de los radicales -OH, La D medida en la FID sera nicamente la densidad del agua .

Por otro lado la seal del agua ligada, debido a su gran dispersin de frecuencias dentro del voxel, es prcticamente imposible de detectar con lo que la seal de la imagen potenciada en D depende bsicamente de la densidad de agua libre en el voxel

Para obtener una imagen potenciada en D, uno de los procedimientos que puede realizarse, consiste en enviar pulsos de 90 separados un TIEMPO DE REPETICIN (TR) suficientemente largo para que la magnetizacin se restablezca. Despus de cada pulso de 90 la amplitud inicial de la FID es proporcional a la D de ncleos del voxel que han entrado en resonancia.

A modo orientativo podemos establecer la siguiente escala de grises en una imagen estndar potenciada en D:

DBLANCO

HUESO MEDULAR

AGUA LIBRE

GRASA

MSCULO

LIGAMENTOS

HUESO CORTICAL

AIRE

SUBS. BLANCA

SUBS. GRIS

NEGROD

Tomografa transversal potenciada en D. La intensidad de la seal es proporcional a la D de ncleos de H. La substancia gris aparece ms intensa que la substancia blanca El LCR del sistema ventricular baja de intensidad por el movimiento. La grasa aparece intensa. La etiopatogenia del aumento de seal se debe al aumento de ncleos de H bsicamente agua libre en el voxel por: edema/paso agua ligada a libre/ mayor espacio acelular.

5: LA RELAJACIN NUCLEAR (R: 03-2) 5.5

Dos voxels con dos D distintas tendrn distinta intensidad. Podrn ser separadas sus seales haciendo que durante la relajacin los campos magnticos sobre los voxels sean distintos. Esto implica que podemos separar las seales mediante un anlisis de frecuencias. Esta secuencia de pulsos de 90 separados por un TR recibe el nombre de SECUENCIA SATURACIN-RECUPERACIN y se indica por SR(TR) As por ejemplo SR(2500) implica una secuencia pulso SR con un TR de 2500 milisegundos. En realidad la seal no puede recogerse en la antena receptora inmediatamente despus de un pulso de radiofrecuencia ya que el sistema de recepcin tendra que cambiar bruscamente para prepararse a recibir una seal de muy poca intensidad despus de haber emitido un pulso de muy alta potencia. Ello implica que el sistema de recepcin tiene que ponerse en "off" durante las emisiones. Aunque el cambio "on" a "off" del sistema puede hacerse de forma electrnica y puede ser muy rpido, algn tiempo de retardo es inevitable. Este tiempo de "delay" es un tiempo muerto que implicara perder la parte inicial de la FID. Ello obliga a repetir varias veces el proceso y a recoger generalmente la seal en forma de ECO como veremos al estudiar las secuencias de pulsos. 5.2. IMGENES POTENCIADAS EN T1. Durante la Relajacin los ncleos de H van liberando su exceso energtico. Una vez finalizada la relajacin el vector magnetizacin recuperar su valor inicial alineado con el campo magntico. Si estudiamos despus de un pulso de RF, las variaciones en el tiempo de la proyeccin sobre el eje longitudinal (Mz) del vector magnetizacin (RELAJACIN LONGITUDINAL), cuando el valor de la proyeccin sea idntico al valor inicial de M, la relajacin habr terminado. Por tanto el estudio de LA RELAJACIN LONGITUDINAL (Mz) NOS DA IDEA DE LA RAPIDEZ CON QUE SE ALCANZA DE NUEVO EL ESTADO INICIAL. (Fig. 5.4.)

Fig 5.4. Forma exponencial creciente de la relajacin longitudinal. Cuando la proyeccin alcanza el valor de la magnetizacin inicial, la relajacin ha terminado

La Relajacin Longitudinal tiene la forma de una exponencial creciente regulada por una

constante de tiempo expresada en milisegundos llamada T1. Cuanto menor es el valor de T1, ms rpidamente se alcanza el estado de equilibrio, es decir, la relajacin es ms rpida. Por tanto un T1 corto corresponde a una liberacin rpida de energa.

El T1 recibe el nombre de TIEMPO DE RELAJACIN SPIN-RED, SPIN-LATEX, SPIN-PLASMA o TIEMPO DE RELAJACIN LONGITUDINAL ya que viene determinado por el estudio de la proyeccin sobre el eje z. Se expresa en ms.

M

M

zz

t

LONGITUDINAL (M )z

5.6 5: LA RELAJACIN NUCLEA. (R: 03-2)

Matemticamente la exponencial creciente viene regulada por la frmula: Mz = M (1 - k exp ( -t / T1 ) ) donde: k es un valor que depende del pulso inicial. De esta frmula deducimos que si k=1, cuando el tiempo transcurrido a partir del pulso inicial (t) sea igual a T1, Mz/M ser igual a 1- exp -1 = 1- 0,37 = 0,63, lo que equivale a decir que el T1 es el tiempo que tarda la Magnetizacin en recuperar un 63% de su valor. El T1 no es el tiempo que dura la relajacin.

Desde el punto de vista biofsico la liberacin energtica es un intercambio energtico del

ncleo de H con el medio (interaccin spin-latex) con lo que el valor de T1 es fuertemente dependiente del tipo y movilidad de las molculas con las que el H se relaciona. En efecto, la liberacin energtica de los ncleos se produce al existir en su entorno estructuras moleculares que utilizan para sus movimientos Brownnianos de Rotacin, Vibracin Traslacin, energas del mismo orden de magnitud que las que tienen que liberar los ncleos. Se comprende que segn sea el entorno molecular con que el ncleo de H se correlaciona exista una mayor o menor facilidad en la liberacin energtica.

En las molculas intermedias como los lpidos, el procedimiento ms frecuente es la

liberacin energtica intramolecular, (La energa absorbida por el ncleo de H se libera a la propia molcula en forma de energa de vibracin, rotacin o cintica) Por ello la liberacin energtica est muy facilitada y en consecuencia tienen un T1 corto. Por el contrario, en las molculas de agua el proceso de liberacin energtica depende de la facilidad de correlacionarse con otras molculas que puedan absorber la energa. Los medios en los que el Hidrgeno forma parte de molculas pequeas y mviles como el agua libre, ofrecen dificultades para que el H libere su energa. Cuando el agua forma parte de las capas de hidratacin de las molculas su posibilidad de relajacin aumenta y su T1 disminuye.

Los valores del T1 son tambin fuertemente dependientes del campo magntico principal ya que ste impone la banda de frecuencias de trabajo y por lo tanto, en un mismo medio, la eficacia de la relajacin vara. Los valores del T1 aumentan con el valor del campo magntico

Por otro lado la dependencia de los movimientos moleculares con la temperatura implican que los valores del T1 reflejen las variaciones trmicas locales. Actualmente una de las aplicaciones de la IRM se basa en aprovechar las variaciones de T1 para la monitorizacin de las pequeas tcnicas intervencionistas por accin trmica. La IRM es probablemente la mejor modalidad para la visualizacin directa e "in vivo" de los cambios trmicos locales.

Dejando aparte de la grasa que se caracteriza por tener un T1 corto, la seal que se

obtiene de un voxel depende del H del agua. Si admitimos los dos estados del agua orgnica, el agua libre y el agua ligada formando capas de hidratacin. El agua libre tiene un T1 muy largo por su gran movilidad, cuando el agua se liga a macromolculas, pierde libertad, facilitndose la liberacin energtica y en consecuencia disminuyendo el valor del T1. La seal resultante del voxel depender en los tejidos orgnicos del grado de libertad del agua que conformar los diversos valores cromticos de la imagen. Cuanto mayor es la libertad del agua, mayor es el valor del T1. En la mayora de las patologas, aumenta el agua intersticial (agua libre) implicando un aumento del T1 del voxel.

5: LA RELAJACIN NUCLEAR (R: 03-2) 5.7

Es evidente que voxels con la misma D pueden tener distinto valor de T1. Para poder obtener

una imagen que contraste los voxels por la influencia del T1, un procedimiento que podramos imaginar consiste en enviar un pulso de 90 sobre los diversos voxels, dejar pasar un cierto tiempo () para que los ncleos liberen su energa segn su entorno y leer el valor de sus respectivas relajaciones longitudinales. Si tienen T1 diferentes, leeremos valores diferentes y a travs de una escala de grises podremos obtener una imagen potenciada en T1.

Podemos establecer a modo orientativo la siguiente escala de grises en una imagen estndar potenciada en T1:

HUESO MEDULAR

AGUA LIBRE

GRASA

MSCULO

LIGAMENTOS

HUESO CORTICAL

AIRE

T1BLANCO

SUBS. BLANCA

SUBS. GRIS

NEGRO

T1

Tomografa transversal potenciada en T1 estndar La intensidad de la seal es inversamente proporcional a la facilidad de relajacin. La grasa con gran facilidad de relajacin (T1 corto) aparece hiperintensa, el agua libre con mucha dificultad en la relajacin (T1 largo) aparece hipointensa, La substancia blanca tiene mayor facilidad en la relajacin que la substancia gris . La tabla interna en negro por baja densidad de ncleos de H se confunde con el LCR en negro por su T1 largo. La etiopatogenia de la disminucin de intensidad implica T1 largos indicando mayor libertad en el agua del voxel con menores tiempos de correlacin y mayor dificultad en la liberacin energtica.

5.8 5: LA RELAJACIN NUCLEA. (R: 03-2)

Imaginemos (Fig 5.5) tres voxels con el mismo valor de D, al enviar un primer pulso de 90 las

tres magnetizaciones se vuelcan sobre el plano x,y. Al relajarse cada voxel lo hace segn un T1 distinto. El que tiene mayor facilidad (T1 corto) alcanzara el valor inicial mas rpidamente. Si transcurrido un corto tiempo () leemos el estado de la relajacin longitudinal Mz e imaginamos una escala de grises en la que la intensidad fuese proporcional al valor de Mz, al voxel con el T1 mas corto le correspondera una mayor intensidad. Por lo tanto, la intensidad de la seal sera tanto menor cuanto mayor dificultad en la relajacin energtica.

Fig. 5.5. Tres curvas de relajacin longitudinal distintas de tres voxels con la misma D. El voxel con un T1 menor tiene una relajacin mas rpida. Al leer la seal despus de un tiempo , obtenemos valores distintos que reflejan los distintos T1

La escala de intensidades en que podemos representar un mismo voxel depende en una

imagen potenciada en T1, del valor del pulso inicial y del intervalo de lectura () ya que si ste es muy largo todos los ncleos se habrn relajado y lo que leeramos es el valor de la magnetizacin inicial (proporcional a la D). Ello implica que sea muy difcil dar una escala de referencia en las imgenes potenciadas en T1. No obstante podemos considerar como una imagen estndar de referencia en T1 aquella en que los voxels con valores de T1 cortos se representan en gran intensidad por el contrario los voxels con valores de T1 largos tendern al negro. Es decir consideraremos una imagen estndar en T1 aquella en la que LA INTENSIDAD DE LA SEAL ES INVERSAMENTE PROPORCIONAL AL VALOR DE T1 y por tanto directamente proporcional a la facilidad de la relajacin energtica.

Si tenemos una imagen RM en que los lquidos en reposo aparecen en negro y la grasa aparece hiperintensa es una imagen potenciada en T1. No obstante al revs no es cierto ya que podemos tener una imagen potenciada en T1 en la que eligiendo el valor del pulso inicial y sobretodo el tiempo de lectura, se anule completamente el valor de la grasa.

Existen substancias paramagnticas que como el GADOLINIO (Gd) que facilitan la relajacin

de los ncleos de H suficientemente prximos. Estas substancias tambin implican heterogeneidades del campo magntico en sus proximidades. Pero en imgenes potenciadas en T1, se detectar la presencia de la substancia de contraste por que permite una liberacin ms rpida de energa a los ncleos de H con los que entra en contacto, acortando por lo tanto su T1. En imgenes estndar en T1 existir un aumento de seal. Estas sustancias se utilizan como SUSBTANCIAS DE CONTRASTE en RM. Fijmonos que el mecanismo de accin de la sustancia de contraste utilizadas en RM es muy distinto del mecanismo de las substancias de contraste utilizadas en RX. En RX detectamos directamente el contraste por su mayor coeficiente de atenuacin, en RM detectamos el contraste indirectamente por el efecto que causa sobre los ncleos de H. (Fig 5.6)

M z

t

M

T1

T1

5: LA RELAJACIN NUCLEAR (R: 03-2) 5.9

Fig 5.6. Tomografia en T1 sin y con contraste (Gadolinio). El Gd permite una relajacin rpida (acorta el T1, incrementa la seal) del los ncleos de H de su entorno. Existe por tanto una rotura de la barrera hematoenceflica que permite al Gd ponerse en contacto con el H libre tisular

Un inconveniente que presenta la lectura de la relajacin longitudinal es el hecho de que la antena receptora siempre tiene la direccin de mxima captacin sobre el plano transversal. Por tanto no es posible una lectura directa y es preciso para leer en un momento determinado el valor de la relajacin longitudinal enviarle un pulso lector de 90 para volcarla sobre el plano transversal. Por tanto diferenciaremos para obtener imgenes potenciadas en T1, un pulso inicial excitador inicial y un pulso lector separado un tiempo de lectura (). Si tomamos por ejemplo la secuencia SATURACIN RECUPERACIN (SR) formada por pulsos de 90 separados un tiempo de repeticin TR y consideramos tan solo los dos primeros pulsos de 90. El primero actuando como pulso excitador y el segundo pulso lector en el que medimos la seal, si el tiempo TR es suficientemente largo obtendramos los valores de D, pero a medida que vamos disminuyendo el TR vamos potenciando mas la imagen en T1, ya que estamos midiendo la seal mientras los voxels se estn relajando y por tanto valoramos la facilidad en la liberacin energtica. Para obtener imgenes potenciadas en T1 una de las secuencias ms utilizadas es la llamada INVERSIN-RECUPERACIN (IR), que consiste en llevar un pulso excitador inversor de 180 y despus de dejar relajar durante un cierto TIEMPO DE INVERSIN (TI) enviar un pulso de 90 para leer el estado de la magnetizacin obteniendo una FID sobre el plano x,y de la bobina. La secuencia se repite despus de un TIEMPO DE REPETICIN (TR) enviando un nuevo pulso de 180.(Fig 5.7.)

Fig 5.7. Esquema de la secuencia INVERSIN-RECUPERACIN (IR). Primeramente se enva un pulso inversor de 180. Se dejan relajar los ncleos durante un tiempo TI y se lee la recuperacin longitudinal de la magnetizacin enviando un pulso lector de 90.

M

Seal de lectura

+

M-

t180 90

Pulso inversor Pulso lector

TI t

T1 T1- Gd

5.10 5: LA RELAJACIN NUCLEA. (R: 03-2)

La intensidad de estas imgenes es variable para un mismo voxel dependiendo del tiempo

que se realiza la lectura (TI). Si leemos despus de un TI relativamente largo (por ejemplo con un TR de 2000ms y un TI de 600 ms en un campo magntico de 1.5T), nos encontraremos en la parte positiva de la curva, cuando la magnetizacin apunta hacia la parte positiva del eje z y los valores se representan como en una escala estndar T1. Pero si utilizamos un TI corto (por ejemplo un TI de 150 ms en un campo de 1.5T, manteniendo los restantes parmetros) obtendremos una imagen potenciada en T1 en la que la grasa aparecer en negro. Esta secuencia se llama STIR (Short Time IR) y es una de las formas de anular la seal de la grasa en las imgenes RM. El Tiempo TI que anula la seal de la grasa depende del valor del campo magntico. De la misma forma podemos leer la magnetizacin longitudinal cuando la relajacin del LCR cruce por el valor cero. Obtenemos entonces la secuencia FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery). (Fig 5.8)

Fig 5.8. Imagen FLAIR Despus de un pulso inversor de 180, los diversos tejidos se recuperan con sus diferentes T1 segn la facilidad de relajacin. El LCR con un T1 muy largo tiene una relajacin difcil . La imagen se obtiene en el justo momento en que el LCR pasa por el punto de seal nula. Los ncleos de H de las lesiones periventriculares con un T1 mas corto presenta seal, logrndose un alto contraste.

5.3. IMGENES POTENCIADAS EN T2 Y T2*

Aparte de la informacin sobre la facilidad en la relajacin energtica que nos suministra la relajacin longitudinal (Mz), podemos obtener otra informacin relacionada con la estructura bioqumica del medio, estudiando las variaciones con el tiempo de la componente sobre el plano transversal x,y de la magnetizacin durante la relajacin o Relajacin transversal (Mx,y). (Fig 5.9.)

LCR: T1

180

LESIN

FLAIR

5: LA RELAJACIN NUCLEAR (R: 03-2) 5.11

Fig 5.9. Estudio de la relajacin transversal Mx,y despus de un pulso de 90. A lo largo del tiempo (t) adopta una forma sinusoidal amortiguada.

Cuando Mx,y sea igual a cero, implica que el vector magnetizacin se ha alineado sobre el eje

z con el campo magntico principal. Recordemos que el vector magnetizacin no es ms que la expresin resultante del comportamiento de los spins nucleares contenidos dentro del voxel. Cuando Mx,y sea cero, implica que los spins nucleares han alcanzado su orientacin al azar. Si representamos sobre el plano transversal la evolucin de la proyeccin de los spins con el tiempo despus de un pulso de 90, observamos como, si inmediatamente despus del pulso estaban en fase, a medida que pasa el tiempo, esta coherencia se va perdiendo, desfasndose progresivamente, debido a las diferencias en los campos magnticos que individualmente perciben los ncleos del voxel. En la Fig 5.10. se observa el proceso desde un sistema de referencia mvil a la frecuencia de precesin. Fig 5.10. Representacin esquemtica con el tiempo de la evolucin de la proyeccin de los spins sobre el plano

transversal despus de un pulso de 90 . a) Inmediatamente despus (spins en fase) b) y c) Evolucin en dos instantes de tiempo con desfases cada vez mayores d) Orientacin al azar con resultante nula indicando la orientacin sobre el eje z de la magnetizacin.

M

M

z

x,y

x,y

t

TRANSVERSAL (M )x,y

T2

a) b) c) d)

5.12 5: LA RELAJACIN NUCLEA. (R: 03-2)

Durante la relajacin, cada ncleo libera su exceso energtico a una frecuencia que depende

del campo magntico que localmente percibe, tal como expresa la ecuacin de Larmor. El valor del campo magntico percibido por el ncleo, aparte del campo magntico externo, depende del entorno bioqumico en que se encuentra ya que todas las cargas elctricas en movimiento de su entorno modifican localmente el valor del campo magntico. Esta influencia del entorno bioqumico se conoce como interaccin spin-spin. Si los ncleos de H de un voxel estuvieran totalmente aislados (interaccin spin-spin nula) y percibieran nicamente el campo magntico externo creado por el imn y suponiendo que su valor fuese perfectamente idntico en todo el voxel, todos los ncleos de H liberaran su energa a la misma frecuencia y el proceso de relajacin sera muy sincrnico o coherente. Por el contrario si los ncleos de H del voxel forman parte de radicales qumicos distintos, los campos localmente percibidos son ligeramente distintos (interaccin spin-spin no nula) lo que origina que cada ncleo libere la energa a frecuencias distintas originndose una relajacin asincrnica o incoherente. El sincronismo en la relajacin del voxel depende por tanto de las heterogeneidades del campo magntico externo en el voxel y de caractersticas tisulares internas, funcin de la composicin y estructuracin molecular en el voxel. En particular es importante la presencia de iones que puedan alterar localmente el campo magntico percibido por los ncleos de H creando variaciones de la susceptibilidad magntica y si la influencia de estas cargas elctricas actan siempre de la misma forma sobre los ncleos o actan de forma aleatoria. En el agua libre debido a la movilidad de las molculas, la resultante promedio de las variaciones magnticas locales es prcticamente nula, con lo que la interaccin spin-spin es de escasa trascendencia y tendremos una gran coherencia en la relajacin. Por el contrario, en los tejidos en los que el agua es bsicamente ligada, los ncleos percibirn campos magnticos distintos en funcin de las diferentes estructuras bioqumicas de sus alrededores lo que implicar una gran incoherencia (interaccin spin-spin elevada) en la relajacin de los ncleos, el espectro de las frecuencias de relajacin del agua ligada es muy amplio, lo que implica una gran incoherencia y que la seal del agua ligada en el voxel se amortige rpidamente y no se capte en la antena receptora, Es por ello que la seal refleja bsicamente la relajacin del agua libre. Cuando contemplamos la coherencia en la relajacin de los ncleos de H del agua libre tenemos que considerar los factores que pueden intervenir. Bsicamente el propio movimiento browniano implica por un lado un continuo cambio de orientacin lo que origina diversas interacciones spin-spin. Por otro lado el movimiento de difusin de la molcula mvil del agua libre que permite el desplazamiento y por tanto el hecho de que los ncleos de H se encuentren en microcosmos magnticos distintos y por tanto el movimiento de difusin favorece el asincronismo. El sincronismo en la relajacin nuclear del voxel se observa estudiando la RELAJACIN TRANSVERSAL Mx,y. En efecto, si dentro del voxel los ncleos tienen una relajacin incoherente, cada ncleo emite a frecuencias distintas. Los spins de los ncleos que emiten a frecuencias ms elevadas procesan a frecuencias ms elevadas y en consecuencia las proyecciones sobre el plano transversal de sus spins, se adelantan respecto a los que emiten a frecuencias ms bajas. Ello origina que el plano transversal se alcance rpidamente la orientacin al azar. Por el contrario si dentro del voxel la relajacin es muy coherente, todos los ncleos liberan la energa a frecuencias muy similares, lo que origina un gran sincronismo y muy poco desfase. En consecuencia se tardar mucho en que los spins alcancen la orientacin al azar y por tanto el vector magnetizacin se verticalize.

La evolucin de la magnetizacin transversal con el tiempo hasta que se anula, corresponde a una sinusoide a la frecuencia de relajacin, amortiguada por una exponencial decreciente (Fig 5.9)

5: LA RELAJACIN NUCLEAR (R: 03-2) 5.13

. Este decrecimiento exponencial de la envolvente est regulada por un parmetro que

llamamos T2* si se consideran todos los factores que influyen sobre el asincronismo de los ncleos o T2 si no se consideran ni la influencia de las heterogeneidades del campo magntico externo ni las variaciones locales magnticas que actan de forma fija sobre los ncleos. Por tanto T2 nos indica el asincronismo de los ncleos del voxel durante la relajacin debido a las influencias spin-spin aleatorias que dependen de la composicin y estructuracin propias del tejido. Si suponemos un campo externo perfectamente homogneo y un tejido sin variaciones magnticas locales fijas, el T2 coincide con el T2*. Por lo general el T2* siempre es menor que el T2 ya que cuando se contemplan todas las causas que pueden producir asincronismo la relajacin es mucho ms incoherente.

Si consideramos nicamente la relajacin transversal de la magnetizacin en el voxel, como originada nicamente por los factores que intervienen en T2, la envolvente exponencial que regula el decrecimiento responde a la expresin M x,y (t) = M x,y (0) exp ( -t/T2) Cuando t = T2, M x,y (t) / M x,y (0) es igual a exp(-1)= 0.37, lo que equivale a que el T2 es el tiempo que tiene que transcurrir para que la magnetizacin transversal pierde un 63% de su valor.

La constante T2 recibe el nombre de TIEMPO DE RELAJACIN SPIN-SPIN O TIEMPO DE RELAJACIN TRANSVERSAL ya que viene determinada por la proyeccin de la relajacin sobre el plano x, y. Se expresa en ms. Una curva de Magnetizacin que decrece rpidamente, implica un valor de T2 bajo (T2), indicando un gran asincronismo en la relajacin (alta influencia spin-spin) (Fig. 5.11)

Fig. 5.11 Decrecimiento de las seales de la Magnetizacin Transversal en dos voxels con la misma magnetizacin inicial, despus de haberles aplicado un pulso de 90. El decrecimiento exponencial es tanto mayor cuanto menor es el valor del T2.

Podemos obtener una imagen en la que el contraste entre los voxels potencie su diferencia

en los valores de T2. Esta IMAGEN POTENCIADA EN T2, nos dar idea, a travs del sincronismo en la relajacin de la estructuracin molecular en el voxel. EN UNA IMAGEN POTENCIADA EN T2, LA INTENSIDAD DE LA SEAL ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL AL VALOR DEL T2. Es decir, a mayor seal mayor coherencia en la relajacin, menor influencia entre ncleos, mayor desestructuracin.

M x,y

T2 T2

t

5.14 5: LA RELAJACIN NUCLEA. (R: 03-2)

Los lquidos en reposo tienen una alta seal de resonancia en imgenes potenciadas en T2.

Una imagen en la que los lquidos aparecen en alta seal diremos que es potenciada en T2. Cuanto mayor sea la intensidad de los lquidos tanto mayor es la potenciacin en T2. Si la imagen que obtenemos no est corregida de las heterogeneidades del campo magntico externo ni de los efectos de las variaciones de susceptibilidad fijas, obtendremos una imagen potenciada en T2* siempre que los lquidos aparezcan hiperintensos.

A modo orientativo podemos establecer la siguiente escala de grises en una imagen estndar potenciada en T2

T2BLANCO

HUESO MEDULAR

AGUA LIBRE

GRASA

MSCULO

LIGAMENTOS

HUESO CORTICAL

AIRE

SUBS. BLANCA

SUBS. GRIS

NEGROT2

Tomografa transversal potenciada en T2 El LCR presenta una gran seal debido a su T2 largo indicando coherencia en la relajacin. La substancia blanca es hipointensa respecto a la substancia gris mostrando una mayor incoherencia en la relajacin La etiopatogenia del aumento de seal en T2 indica un mayor grado de sincronismo en la relajacin de los ncleos de H consecuencia de la influencia entre por perdida de estructuracin y/o mayor movilidad del agua libre

5: LA RELAJACIN NUCLEAR (R: 03-2) 5.15

5.4 VALORES RELATIVOS DEL T1, DEL T2 Y DEL T2* Los valores de T1 dependen mucho del valor del campo magntico ya que si aumentamos el valor de B0 aumenta la frecuencia de las transacciones energticas, mientras que las frecuencias internas de los movimientos moleculares no varan. Los valores del T2 son poco sensibles al cambio del campo magntico. En consecuencia cuando se den valores de T1 o T2 debe indicarse el valor del campo magntico en que han sido calculados. Fijado el campo magntico, para un tejido biolgico determinado, el valor de T2 es menor que el valor del T1. Por ejemplo en el LCR en un campo magntico de 1.5 el T2 es del orden de 300-500 ms, mientras que el T1 es del orden de 1500-2000 ms. En los lquidos puros el T2 tiende a los valores del T1. Los valores de T2 y del T1 en los tejidos orgnicos son muy variables. Por ejemplo el valor del T2 en las fibras colgenas puede ser del orden de los microsegundos, indicando un rpido desfasamiento de los ncleos de H que bsicamente corresponden a agua ligada. El agua ligada es indetectable de forma directa con las tcnicas clsicas de IRM. Para un mismo valor del campo magntico externo, los valores de T2* son siempre inferiores a los valores de T2, al tener en cuenta todos los factores que influyen sobre el asincronismo de los ncleos.

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