6. SECUENCIAS CLSICAS (R: 02-2) . 6.1

En cualquier imagen tomogrfica por RM, aparte del valor bsico de la densidad (D) de

ncleos de H del voxel, existe en mayor o menor grado la influencia de los parmetros de la relajacin. Mediante el uso de secuencias de pulsos podemos hacer que prevalezca uno de estos parmetros en el contraste de la imagen, lo que equivale a potenciar la imagen en un parmetro determinado. Las secuencias de pulsos consisten en mdulos bsicos formados por pulsos de RF de valores concretos separados intervalos de tiempo adecuados. Estos mdulos se repiten a lo largo de la obtencin de la imagen con un TIEMPO DE REPETICION (TR).

Vimos en el apartado 5.1. que la secuencia SATURACIN RECUPERACIN (SR), el mdulo bsico, consista en pulsos de 90 separados un tiempo TR. La secuencia se especifica como SRTR

Tambin vimos en el apartado 5.2 como secuencia INVERSIN REPETICIN (IR) estaba

formada por un pulso inversor inicial de 180 seguido despus de un TIEMPO DE INVERSION (TI) de un pulso lector de 90. Despus de dejar relajar los ncleos, se volva a iniciar el mdulo con un nuevo pulso inversor de 180. El tiempo entre los dos pulsos de 180 constituye el tiempo de repeticin TR. La secuencia se especifica como IRTI/TR. El diseo de las secuencias de pulsos es uno de los objetivos fundamentales en el avance de la RM. Aparte de obtener potenciaciones distintas sobre un mismo plano tomogrfico, su inters reside en la posibilidad de lograr tiempos de exploracin cada vez mas cortos. Ello ha dado origen al desarrollo de numerosas secuencias de pulsos con multitud de variantes y con nombres distintos segn las casas comerciales. De todas formas las dos secuencias consideradas como "clsicas", fundamentales en la historia de la RM son la SECUENCIA SPIN-ECHO (SE) y la SECUENCIA GRADIENT-ECHO (GRE).

Vamos a dedicar este captulo a estas dos secuencias, mientras dejaremos para el captulo de SECUENCIAS RAPIDAS el desarrollo de las modernas secuencias capaces de lograr imgenes con resoluciones temporales del orden de los milisegundos pero que, por ms complicadas que nos parezcan, tan slo pueden lograr seal generando ecos bien mediante pulsos por emisin de radiofrecuencia (ECOS POR RADIOFRECUENCIA O ECOS DE SPIN) o generando ecos mediante gradientes magnticos (ECOS DE GRADIENTE).

6 LAS SECUENCIAS DE PULSOS CLSICAS

SECUENCIA GRE CLSICA

RF

Seal

TR

t

t

TE

6.2 6. SECUENCIAS CLSICAS (R :02-2)

6.1. LA SECUENCIA SPIN-ECO: SE. La secuencia clsica SE consiste en enviar un primer pulso de 90 que excita los ncleos del voxel. Despus de dejar relajar los ncleos un cierto tiempo (TE/2) durante el cual los spins se desfasarn, se enva un pulso de 180 de tal forma que invierta la posicin de los spins respecto al campo magntico. Transcurrido exactamente un nuevo intervalo de tiempo TE/2 se recoge la seal. Despus de un tiempo TR se vuelve a repetir el proceso. En la Fig 6.1. se indica la secuencia SE de forma esquemtica.

Fig 6.1: Esquema de la secuencia SE TE/TR Si analizamos lo que ocurre a lo largo de la secuencia (Fig 6.2), observamos que al enviar el

pulso inicial de 90 la magnetizacin M del voxel se ha volcado sobre el plano transversal y los spins estn en fase (posicin a). Inmediatamente despus, debido a las variaciones en el campo magntico localmente percibido por los ncleos, cada ncleo empieza la relajacin a una frecuencia propia, lo que trae como consecuencia que unos ncleos se adelanten y otros se retrasen. Estas variaciones son debidas por un lado a irregularidades en la homogeneidad del campo magntico externo y por otro a las interacciones con el entorno bioqumico (interacciones spin-spin). Como consecuencia, despus del pulso inicial de 90 y tomando como representacin un sistema de referencia mvil a la frecuencia de precesin, se ha indicado en la Fig 6.2 con la letra A uno de los ncleos que se retrasa (simbolizando el retraso en sentido antihorario) y con la letra B uno de los mltiples ncleos que se adelantan (simbolizando el adelanto en sentido de la agujas del reloj). Al cabo del tiempo TE/2 estos ncleos presentan un desfase (posicin b de la figura) y en consecuencia la magnetizacin inicial (M) ha disminuido (el desfase implica una resultante menor). Como se han considerado todos los factores que influyen sobre el desfase, el decrecimiento de la magnetizacin obedece al valor de T2*.

SECUENCIA SE CLSICA

RF

Seal

TR

TE/2 TE/290

180

t

t

90 90

TE

6. SECUENCIAS CLSICAS (R: 02-2) . 6.3

Fig 6.2. Despus del pulso de 90, el valor de M decrece por el efecto spin-spin y las heterogeneidades del campo magntico(T2*). Despus de enviar un pulso de 180, invertimos el efecto de la heterogeneidades y de las interacciones que actan de forma fija sobre los ncleos y transcurrido el tiempo TE el valor que medimos de la M nicamente refleja el decrecimiento debido a la interaccin spin-spin regulada por T2

Si despus de un tiempo (denominado TE/2) enviamos un pulso de 180 de tal forma que invierta la posicin de los spins respecto al campo magntico, los spins A que se haban retrasado quedan ahora, al invertir su posicin, adelantados en el mismo ngulo de desfase (posicin d respecto a la posicin b) y lo mismo ocurre con los spin B que se haban adelantado, ahora quedan atrasados. El valor de la Magnetizacin resultante es el mismo. Aunque se haya invertido la posicin de los spins, las causas que originaban el desfase continan actuando. Aquellas causas que por actuar de una manera fija implicaban un retraso en los spin (actuaban disminuyendo la frecuencia de relajacin) continan retrasando los spin y por tanto los ncleos B continuaran por esta causa retrasndose en sentido antihorario. De la misma forma los ncleos A que se haban adelantado por causa de que perciban de una manera fija un campo magntico local mayor, continan adelantndose en sentido horario pero ahora parten de una situacin retrasada. Por tanto los spins van a refasarse (A y B se acercarn). Evidentemente si dejamos transcurrir exactamente el mismo tiempo TE/2, los spin nucleares se encontraran en la posicin inicial, es decir en fase (posicin e). Esto sera cierto si las causas que originan el desfase actuasen siempre de la misma forma (por ejemplo heterogeneidades del campo magntico externo, interacciones fijas, ) es decir que siempre en el mismo lugar implicaran la misma variacin. Sin embargo las interacciones spin-spin aleatorias no se corrigen por el pulso de 180 y por lo tanto despus del tiempo TE los spins presentan un cierto desfase y la Magnetizacin ha disminuido respecto a la inicial en un valor que depende de T2, es decir un valor corregido de las heterogeneidades magnticas fijas. La ventaja de la secuencia SE es que permite corregir las heterogeneidades del campo magntico. La seal obtenida se denomina eco por similitud de la inversin con la reflexin de un eco.

90

TE/2

180

t

A

BT2

T2

(ECO)

M

M

M

M

M

A

B

A

B

A

B

a)

b)

c)

d)

e)

TE/2

6.4 6. SECUENCIAS CLSICAS (R :02-2)

Una vez recogida la seal se deja relajar la Magnetizacin y al cabo de un tiempo de

repeticin TR se repite la secuencia. Debido a que el tiempo TR es mucho mayor que el tiempo TE, una posibilidad muy til en la prctica es obtener varios ecos dentro del mismo TR. Para ello despus del primer eco se deja transcurrir de nuevo un tiempo TE/2 de desfase y se vuelve a enviar un pulso refasador de 180, recogindose un nuevo eco al cabo de un tiempo TE/2 y as sucesivamente (Fig 6.3). Cada uno de estos ecos tiene un TE ms largo. Podemos hablar de una imagen obtenida en el segundo o en el ensimo eco. Una imagen con TE = 60 ms, puede ser obtenida con un primer eco de 60 ms o con un segundo eco de una secuencia SE con TE = 30 ms. La calidad de imagen es ligeramente distinta en funcin de la exactitud de los pulso de radiofrecuencia.

Fig 6.3. Esquema de la secuencia SE con mltiples ecos (ME) en los que puede obtenerse la seal.

Cuando existen heterogeneidades del campo magntico, si se mantienen fijas en el tiempo y

en el espacio, son corregidas mediante secuencias SE. Es decir las secuencias SE no son influenciadas por los problemas que implican variaciones de susceptibilidad magnticas fijas. Por ejemplo los microcambios de susceptibilidad magntica en el interior del hueso trabecular implican un desfase en los ncleos de H de la mdula sea que al actuar de forma fija, pueden ser corregidos mediante secuencias SE, mientras que se obtendr una menor seal si se utilizan secuencias que potencien en T2*. En las imgenes obtenidas mediante la secuencia SE, la potenciacin de la imagen viene regulada por TE y TR. Hemos de partir de la base de que en toda imagen SE: - Estn presentes los tres factores D, T1 y T2. - Cuanto mayor es el TE, mayor es la potenciacin en T2. - Cuanto menor es el TR, mayor es la potenciacin en T1. Como regla general (Fig.6.4):

TE corto TE largo TR corto Imagen potencia en T1 Contraste mixto TR largo Imagen potenciada en D Imagen potenciada en T2

90 180 180 180 90

TE1

TE2

TE3

TR

S1 S2 S31er ECO 2 ECO 3er ECO

SE (ME) TEn/TR

t

6. SECUENCIAS CLSICAS (R: 02-2) . 6.5

Fig 6.4 Potenciacin orientativa de las imgenes SE. Clasicas

En la Fig 6.5 se muestra sobre un mismo plano tomogrfico las tres potenciaciones bsicas

obtenidas variando los parmetros TE y TR en la secuencia clsica SE. El campo utilizado es de 1,5 T

Fig 6.5: Las tres potenciaciones clsicas sobre un mismo plano tomogrfico. Campo de 1,5 T T1: Imagen potenciada en T1 (TE: 17ms, TR: 600 ms) D : Imagen potenciada en D de ncleos de H ( TE: 20ms, TR 2200 ms) T2: Imagen potenciada en T2 (TE: 80ms, TR: 2200 ms). Esta imagen se obtiene como segundo eco dentro del mismo TR que la imagen en D La imagen T2 tiene menor seal /ruido pero por lo general posee una mayor resolucin de contraste. Obsrvese la variacin de seal en la pequea zona lesional en la profundidad de la substancia blanca fronto-parietal junto al asta anterior del ventrculo lateral der. Aunque la imagen T2 es ms ruidosa la sensibilidad es mayor. La imagen D indica un aumento de la D de ncleos de H. La falta de contraste en T1 nos indica poco agua libre en la lesin. La imagen T2 indica un aumento del asincronismo concordante con desestructuracin.

30

60

90

120

TE (ms)

500 1000 1500 2000 TR (ms)

T1

T2

D

SE

D T2T1TETR TETR TETR

6.6 6. SECUENCIAS CLSICAS (R :02-2)

Como puede observarse en la Fig 6.5 el contraste entre dos tejidos depende mucho de los parmetros elegidos. Unos parmetros TE, TR inadecuados puede hacernos perder la resolucin de contraste. En toda imagen, a efectos comparativos i de seguimiento de una misma patologa, deben indicarse ambos parmetros y el campo magntico en que se ha obtenido la imagen. Como idea esquemtica y en un campo de 0,15 T, se indican en la Fig 6.6 las variaciones relativas de intensidad de seal para diversos tejidos biolgicos utilizando secuencias que potencian en T1, D y T2.

Fig 6.6. Representacin esquemtica de las intensidades de diversos tejidos biolgicos segn la potenciacin de la imagen en la secuencia SE clsica. Una imagen con grasa hiperintensa y agua libre hipointensa es una imagen T1 Una imagen con lquidos estticos hiperintensos est potenciada en T2. Destaquemos: a) Un grupo de tejidos que aparecen siempre hipointensos en cualquier potenciacin. Todos ellos se caracterizan por tener una densidad de ncleos de H baja. Por ejemplo, el hueso cortical, las calcificaciones (diferenciar de osificacin con formacin de mdula sea) La imagen area ser tambin por este motivo hipointensa. Los ligamentos, meniscos y tendones se incluyen dentro de este grupo de tejidos hipointensos.

BLANCO

NEGRO

HUESO MEDULAR

AGUA LIBRE

GRASA

MSCULO

LIGAMENTOS

HUESO CORTICAL

AIRE

D T1 T2BLANCO

SUBS. BLANCA

SUBS. GRIS

HUESO MEDULAR

AGUA LIBRE

GRASA

MSCULO

LIGAMENTOS

HUESO CORTICAL

AIRE

SUBS. BLANCA

SUBS. GRISHUESO MEDULAR

AGUA LIBRE

GRASA

MSCULO

LIGAMENTOS

HUESO CORTICAL

AIRE

SUBS. BLANCA

SUBS. GRIS

NEGRO

D T1 T2

6. SECUENCIAS CLSICAS (R: 02-2) . 6.7

b) Un grupo de tejidos que presentan siempre una seal que los coloca dentro de los grises intermedios. Destaquemos en este grupo a la Substancia Blanca y la Substancia Gris. En imgenes Pot D existe un ligero aumento de seal a favor de la Substancia Gris por su mayor densidad en ncleos de H. La situacin se invierte en las imgenes Pot T1, donde la Substancia Blanca aparece ms hiperintensa que la Substancia Gris por tener un T1 ms corto. En T2 por el contrario la Substancia Blanca aparece ms hipointensa que la sustancia gris por tener un T2 ms corto. Dentro de este grupo intermedio tambin colocaremos el tejido muscular, con un comportamiento uniforme arrojando una dbil seal caracterstica en las imgenes Potenciadas en T2. c) El tejido graso que en la secuencias SE clsicas siempre arroja una buena seal de resonancia, en especial en imgenes T1 donde se coloca en la parte ms alta de la escala cromtica. En las secuencias actuales debe irse con cuidado ya que existen secuencias potenciadas en T1 con anulacin de la seal de grasa (recordemos la secuencia STIR) o bien tcnicas con supresin espectral de la grasa. De la misma forma se comporta la mdula sea grasa, aunque la seal global de la mdula sea depende de la proporcin mdula grasa/mdula hematopoytica en el voxel d) Por ltimo hay que hacer notar el comportamiento de los lquidos en reposo o el agua libre. En Pot D se sitan en la parte alta de la escala. En Pot T1, debido a su largo T1, aparecen hipointensas en la parte baja de la escala y finalmente en Pot T2 son hiperintensos en la parte ms alta de la escala de grises, por su T2 elevado. Evidentemente estas seales varan segn si se trata de agua libre o si est formando soluciones acuosas en las que la concentracin y la constitucin de las sustancias contenidas influyen de forma distinta en la intensidad de las imgenes. Cuando en un voxel existe agua libre y ligada, la seal depender de su proporcin. La estrategia en IRM consiste en programar las potenciaciones ptimas en las imgenes para obtener el mejor contraste entre las estructuras a estudiar. Para ello el tcnico en RM debe estar dirigido lo mejor posible en la orientacin diagnstica. Por ejemplo, no podemos utilizar una imagen estndar potenciada en T1 para contrastar lquidos (en negro por su T1 largo) de ligamentos (en negro por su baja densidad de D). Un estudio RM tiene que contener imgenes de diferente potenciacin a fin de lograr una mayor aproximacin diagnstica.

. 6.2. SECUENCIA GE GRE (GRADIENT RECALLED ECHO) o FE (FIELD ECHO) En las secuencia SE clsicas, los tiempos de obtencin son del orden de los minutos ya que enviar un pulso inicial de 90 y despus otro de 180 requiere tiempo y adems hay que recuperar la magnetizacin entre cada TR. Uno de los objetivos permanentes en el uso clnico de la RM es el disminuir los tiempos de obtencin. Para obtener imgenes ms rpidas en secuencia SE podramos tratar de utilizar tiempos TR mas cortos, sin embargo este acortamiento implicara problemas de contraste en la imagen al potenciarla hacia T1. Otra posibilidad seria el tratar de obtener imgenes sin tener que utilizar el pulso de 180. Para ello una vez enviado el pulso inicial con un ngulo , tendramos que poder obtener una medida mientras los ncleos se estn desfasando. Una manera de lograrlo es interferir en el proceso normal de desfasamiento de los spins, potenciando mediante un gradiente de desfase (con lo que la seal disminuira), para despus, invirtiendo el gradiente (gradiente de refase), hacer aumentar la seal hasta el valor que le correspondera por su decaimiento normal en T2*. Con ello se puede detectar fcilmente una seal (ECO DE GRADIENTE) que permitir hacer una imagen con los valores de la relajacin de los ncleos del voxel. Este conjunto de dos gradientes (DESFASE, REFASE) de igual amplitud y tiempo de aplicacin pero de signos opuestos recibe el nombre de GRADIENTE BIPOLAR, como vimos en el captulo 2.3. (Fig 6.7)

6.8 6. SECUENCIAS CLSICAS (R :02-2)

Fig 6.7. Efecto de un gradiente bipolar en las fases de los spins. Si sobre dos ncleos A y B aplicamos un Gradiente +G durante un cierto tiempo, el ncleo B sometido a un campo magntico mayor se adelanta respecto al ncleo A, crendose un desfase. La diferencia de fase entre ellos ( ) aumenta. Si se invierte el gradiente (-G) y se aplica durante el mismo tiempo, el efecto es contrario ya que es ahora el ncleo A el que va a mayor frecuencia, con lo que se produce el refase y al cabo del mismo tiempo se encuentran totalmente en fase ( = 0) lo que permite obtener un eco. El conjunto de +G, -G constituye un gradiente bipolar.

A estas secuencias con un - pulso inicial y un gradiente bipolar, se las denomina SECUENCIAS GRADIENT ECHO (GE) o GRADIENT RECALLED ECHO (GRE) o FIEL ECHO (FE). Es esquema se muestra en la Fig 6.8. y en la fig 6.9. se estudia lo que sucede con los spins. Estas secuencias se suelen denominar clsicas.

Fig 6.8. Esquema de la secuencia GRE/GE/FE Despus de un pulso inicial de , se aplica un gradiente bipolar (+Gx,-Gx) par obtener un eco de gradiente. El tiempo entre el pulso inicial y la recogida del eco se llama TE.

+ G

- G t

t

A B

+ G

- G

A

B

DESFASE REFASE

SECUENCIA GRE CLSICA

RF

Seal

TR

t

t

TE

6. SECUENCIAS CLSICAS (R: 02-2) . 6.9

Fig 6.9. Estudio de la secuencia GRE. Despus de un pulso inicial de , el valor de M decrece por el efecto spin-spin y las heterogeneidades del campo magntico (por tanto segn T2*). Si activamos un gradiente bipolar (+Gx,-Gx), el gradiente +Gx acta durante un cierto tiempo aumentando el desfase y por tanto M disminuir. Al invertir el gradiente (-G) y actuar durante el mismo tiempo, produce el refase de los spins, anulando el efecto de +Gx, con lo que la M crece hasta el valor que tendra si se hubiese decrecido segn T2* pero de esa forma podemos detectar fcilmente una seal (ECO DE GRADIENTE).

En las secuencias GRE, el valor del TE continua siendo el tiempo entre el pulso inicial y la

recogida de eco de gradiente. La obtencin de la seal de eco mediante una inversin de gradientes (gradiente bipolar) permite la recogida de seal con TE muy cortos con lo que tambin los tiempos TR pueden ser mas cortos y en consecuencia, los tiempos de adquisicin son mucho menores que en las secuencias SE.

Mediante secuencias GRE la potenciacin de la imagen es un fenmeno muy complejo que

depende crticamente de los valores del pulso inicial, del valor del TE y del valor del TR Se denominan potenciadas en T1-GRE, cuando los lquidos en reposo aparecen

hipointensos y potenciadas en T2* cuando los lquidos aparecen hiperintensos. Mediante secuencias GRE podemos logra imgenes potenciadas en T2* pero con tiempos mucho menores que la T2 SE.

Fig 6.10. Tabla orientativa de los valores de los tres parmetros que intervienen en la secuencia GRE clsica para la obtencin de las diversas potenciaciones de la imagen.

TE

A

BT2

(ECO)

M

M

M

A

B

A

B

A

B

+Gx

-Gx

POTENCIACIN DE LAS IMGENES GE/GRE/FE

TR (ms)

TE (ms)

200-400

8-15

45-90

20-50

8-15

30-60

200-400

30-60

5-15

200-400

8-15

5-15

T2*T1 D

6.10 6. SECUENCIAS CLSICAS (R :02-2)

En la Fig 6.10. se indican a modo orientativo los distintos valores de los tres parmetros que

permiten potenciaciones en T1-GRE, D-GRE y T2*- GRE. Llama la atencin los tiempos TR mucho ms cortos que los utilizados en las secuencias SE. Para obtener imgenes T1 el ngulo es alto y el TE es bajo. Las potenciaciones en T2* pueden lograrse con valores de TR muy pequeos, que permiten obtenciones muy rpidas.

Al no corregirse las heterogeneidades externas como ocurra en la secuencia SE, la secuencia GRE/GE/FE potenciar en T2*, no en T2. En general estas imgenes son mas artefactuadas y con ms ruido que las SE .

La presencia de elementos metlicos en la zona a explorar (prtesis, clips..) produce cambios

locales en el valor del campo magntico (variaciones de susceptibilidad) lo que implica que los ncleos de H del voxel perciban campos magnticos distintos y por tanto el desfase aumente. Al actuar de forma fija, este desfase se corrige en las secuencias SE mediante el pulso de 180, mientras que no se corrige en las secuencias GRE. En consecuencia las imgenes aparecen con prdida de seal y mucho mas artefactuadas en las secuencias GRE. Por lo que siempre que sea posible, en presencia de elementos metlicos habr que evitar las secuencias GRE.

Las secuencias GRE son de utilidad en multitud de casos no tan solo por su rapidez sino por

ser ms sensibles a los cambios en la susceptibilidad magntica, la presencia de iones que distorsionan el campo magntico produciendo variaciones de susceptibilidad magntica son fcilmente detectables, independientemente de si estas variaciones actan de una forma fija o aleatoria. De esa forma por ejemplo (Fig 6.11) pueden observarse la cada de seal originada por la presencia de hemosiderina como secuela antigua de una hemorragia.

Fig 6.11. Paciente con lesin neuronal difusa como consecuencia de un traumatismo craneal antiguo. Las imgenes GRE presentan zonas difusas hipointensas debidas a la variacin de susceptibilidad demostrando la presencia de hemosiderina como secuela de una hemorragia. En la secuencia SE estas alteraciones son corregidas mediante el pulso de 180. De: RM_IDI. Vall d'Hebron

Las secuencias GRE, aparte de ser secuencias ms rpidas que las SE, producen menor depsito energtico ya que utilizan menos emisin de RF en especial al eliminar el pulso de 180. Por ello, presentan menos problemas con los lmites aconsejados para el depsito energtico en las exploraciones. Por otro lado al obtener el eco mediante la accin de los gradientes son mucho mas ruidosas que las SE.

SE_T2 GRE_T2*

6. SECUENCIAS CLSICAS (R: 02-2) . 6.11

En la tabla siguiente se resumen algunas diferencias entre las secuencias clsicas:

SECUENCIAS CLSICAS

SPIN ECHO GRADIENT/FIELD ECHO

SE (GE/GRE/F)E

ECO Spin (radiofrecuencia) Gradiente

Depsito Calrico (limitaciones) Ruido (Gradientes) Parmetros TE,TR ,TE,TR Potenciacin D.T1,T2 D,T1,T2*

Rapidez Heterogeneidades Corrige No corrige

Susceptibilidad magntica Muy sensible

----------------