03-06 Emisor y receptor

Como se mencionó anteriormente, la excitación inicial de alta energía de los núc­le­os atómicos se lleva a cabo mediante un pulso de RF de corta duración, con una frecuencia cercana o igual a la frecuencia de Larmor. Tanto las ondas de radio co­mo los pulsos son generados en la sección de emisión del equipo de resonancia magnética.

La frecuencia deseada se produce con un sintetizador de frecuencias. Los da­tos de salida del sintetizador son modulados mediante una "envoltura" para pro­por­ci­o­nar la forma de pulso requerida para que se dé la excitación por RF. El re­cep­tor, altamente sensible y de bajo ruido, es básicamente un detector de se­ña­les en el rango de altas y muy altas frecuencias (HF y VHF). Las señales de re­so­nan­cia magnética son típicamente de unos pocos micro-voltios de amplitud. En el receptor, la señal se aumenta de 500 a 1.000 veces.

Después de este proceso, la señal se convierte de una señal de resonancia de alta frecuencia (MHz) a una señal de frecuencia de audio (kHz).

03-06-01 Bobinas emisoras y receptoras "regulares"

Para la obtención de imágenes, el objeto de estudio, ya sea una muestra para el análisis químico de 1 mm³ o un paciente completo, se coloca dentro de una an­te­na o bo­bi­na. Se debe llenar la bobina tanto como sea posible, debería tener un fac­tor de relleno superior al 70%.

El campo magnético oscilante (B1) de la bobina de RF tiene que ser per­pen­di­cu­lar al campo magnético principal (B0) generado por el imán para que los espi­nes sean excitados.

La configuración más común es que el campo principal esté orientado a lo lar­go del eje del imán por lo que la bobina debe producir un campo per­pen­di­cu­lar al mismo (Figura 03-09).

Figura 03-09: La dirección del campo magnético prin­ci­pal (B0) depende de la orientación de las bobinas del imán. El campo puede ser vertical, como en (a), u horizontal, como en (b). En los sis­te­mas superconductores y en algunos re­sis­ti­vos, generalmente el campo es ho­ri­zon­tal y, por lo tanto, paralelo al paciente en el imán.

Las bobinas están formadas por una o varias espirales de alambre de baja re­sis­ten­cia, generalmente de cobre. La geometría de estas espirales, ya sean in­di­vi­du­a­les o múltiples, es crucial para una excitación apropiada y, por lo tanto, una adecuada detección posterior de la señal.

Se pueden utilizar bobinas diferentes para emitir y recibir pulsos pero en la mayoría de los casos se utiliza una sola bobina tanto para la excitación como para la detección (bobina transceptora). Dado que el pulso de excitación es varias ór­de­nes de magnitud mayor que la señal de respuesta de resonancia magnética emi­ti­da por el cuerpo humano, el receptor se puede dañar si se somete a la to­ta­li­dad o a parte del pulso de RF. Para solventar este problema se utiliza un dis­po­si­ti­vo que puede cambiar rápidamente la dirección de la señal y es conocido co­mo interruptor emisor/receptor.

Existen diferentes categorías de bobinas y varían según los diferentes tipos de imán. Algunas de las formas más comunes de bobina son: el solenoide, bobina de Helmholtz (en forma de silla de montar), jaula de pájaro (birdcage) y el slot­ted resonator. Estas bobinas son conocidas como bobinas de volumen. Dado que la bobina solenoide genera un campo magnético oscilante paralelo al eje de la bo­bi­na, este debe alinearse al través del imán. Esto limita la utilización de este tipo de bobina a intensidades de campo que estén orientadas per­pen­di­cu­lar­men­te a la mesa del paciente.

La Figura 03-10 ilustra la forma de algunas bobinas comúnmente utilizadas en IRM. Las bobinas de cabeza y cuerpo o las bobinas para el estudio de rodillas o cuello son ejemplos típicos.

Figura 03-10:
Tres tipos diferentes de bobinas: (a) bobina solenoide; (b) bobina de Helmholtz (en forma de silla de montar); (c) jaula de pájaro (birdcage). Su campo magnético oscilante (B1) debe ser per­pen­di­cu­lar al campo magnético principal (B0). Su campo de RF es uniforme dentro del volumen.

03-06-02 Bobinas de superficie

Todas las bobinas, excepto las de superficie, están diseñadas para producir un campo de RF muy homogéneo de modo que toda la muestra objeto de estudio ex­pe­ri­men­te el mismo grado de excitación. Las bobinas de superficie tienen una sensibilidad mucho más alta que las bobinas homogéneas de volumen. Se uti­li­zan para detectar señales de resonancia magnética de una pequeña región cer­ca­na a la bobina, por ejemplo, en la columna vertebral de un paciente, la órbita o la articulación temporo-mandibular.

La ventaja de utilizar bobinas de superficie es que en el pequeño volumen de tejido cercano a la bobina se puede obtener una mejor relación señal-a-ruido que la obtenida mediante una bobina de RF de volumen estándar. Sin embargo, las bobinas de superficie reciben una señal alta tan sólo desde un área de morfología aproximadamente esférica inmediatamente subyacente a la bobina, con una pro­fun­di­dad de la mitad de su diámetro (Figura 03-11). Por lo tanto, los campos de RF y la sensibilidad de detección de una bobina de superficie son muy in­ho­mo­gé­ne­os lo que se traduce en una excitación dependiente de la posición.

La variación de intensidad de RF en relación con la profundidad hace que el flip angle (ángulo de inclinación) varíe con la profundidad cuando la bobina de superficie se usa como emisor. Este problema de variación del ángulo del pulso con la profundidad puede resolverse mediante el uso de pulsos de RF especiales o bien emitiendo el pulso de RF desde una bobina de cuerpo estándar y uti­li­zan­do la bobina de superficie sólo para la detección.

Figura 03-11: Bobinas de superficie. (Arriba) Diagrama de una bobina de su­per­fi­cie simple. Dado que la in­ten­si­dad del campo de RF varía en relación con la pro­fun­di­dad, el ángulo de pulso también va­ri­a­rá en relación con la profundidad a menos que se utilicen pulsos especiales (adia­bá­ti­cos). Igualmente, la sensibilidad de de­tec­ción también será menor a mayor pro­fun­di­dad. (Centro) mágenes potenciadas en T1 y T2 de la columna lumbar adquiridas con bo­bi­nas de superficie. La médula y la columna vertebral se aprecian bien pero casi no hay señal pro­ve­ni­en­te de las partes anteriores de la pelvis. (Abajo) Bobina de superficie en­vol­ven­te (wrap-around) o de media silla de montar.

Una variante cada vez más frecuente en el diseño de bo­bi­na estándar es la bobina de cuadratura (o bobina de polarización circular) que utiliza al menos dos campos de RF situados ortogonalmente entre sí y que mejora tanto la efi­ci­en­cia de la bobina como la relación señal-a-ruido de la señal resultante en √2.

Un phased-array (disposición en fase) es un grupo de antenas en las cuales las fases relativas de las respectivas señales que alimentan las antenas varían de tal forma que el patrón de radiación efectivo del array es reforzado en la dirección de­se­a­da y suprimido en las direcciones no deseadas.

En la IRM, las bobinas en fase (o bobinas de sinergia) están formadas por varias bobinas de superficie pequeñas [⇒ Roemer]. Las señales recibidas por es­tas bobinas pueden ser recogidas simultáneamente y los datos se pueden com­bi­nar para construir una única imagen de la región del cuerpo estudiada (Figura 03-12).

Figura 03-12: Bosquejo de bobinas en fase. Arriba. Cuatro bobinas de superficie a la izquierda y otras cuatro a la derecha se han colocado en una formación con vo­lú­me­nes de sensibilidad superpuestos. Abajo. Bobina transceptora en fase uti­li­za­da para obtener imágenes de seno.

Las bobinas de disposición en fase tienen una mejor relación señal-a-ruido que las bobinas de superficie grandes, sin embargo, cada subunidad requiere su propio canal receptor lo que hace difícil la reconstrucción de la imagen y au­men­ta el coste de las bobinas. A pesar de estos inconvenientes las bobinas phased- array tuvieron un impacto importante en RM y abrieron el camino a las técnicas de adquisición en paralelo que combinan las señales de varias bobinas de este tipo para reconstruir una imagen.