10-03 Los procesos básicos
En las secuencias de pulso convencional el contraste de la imagen es calculable pero hay cada vez más secuencias en las que no es predecible. En las siguientes páginas, estudiaremos primero las secuencias mas sencillas de pulso y como los componentes TR, TE, TI, FA, entre otros, influyen en su contraste. Muchas secuencias de pulsos pueden derivarse de las secuencias básicas; el comportamiento del contraste en las mismas sigue los fundamentos descritos aquí.
10-03-01 TR – el tiempo de repetición
En los primeros días de la RM se utilizaba una secuencia simple de pulsos de radiofrecuencia para crear imágenes: la secuencia de saturación parcial. Se compone de pulsos de 90° transmitidos en forma de tren. Esta secuencia se explica en detalle en el Capítulo 4.
Su intensidad de señal (SI) puede ser determinada por la ecuación siguiente:
SI = K × ρ × (1 - exp {-TR / T1})
donde K es una constante de flujo que comprende el volumen, difusión, perfusión y otros parámetros, ρ es la densidad de protones, TR el tiempo de repetición entre los pulsos de 90°, y T1 el tiempo de relajación espín-red.
Los núcleos están expuestos a pulsos repetidos de RF que causan un decaimiento de inducción libre (FID) de una amplitud inicial específica. Si el tiempo de repetición entre dos pulsos sucesivos es menor que 5×T1 la magnetización no se habrá recuperado completamente y la intensidad de la señal será menor que la amplitud inicial. El pulso de 90° satura el sistema de spines durante un cierto tiempo, si se transmite otro impulso de RF durante este período se recibirá una señal más baja. Por lo tanto las señales de equilibrio y, a su vez, el contraste de la imagen serán diferentes dependiendo de la longitud de TR.
Las imágenes de saturación parcial están ligeramente influenciadas por T2, la relajación espín-espín, pero fuertemente por T1, la relajación espín-red, hasta que el retraso entre pulsos es igual a aproximadamente 2×T1. En 2×T1, el 90% de la magnetización se ha recuperado. Posteriormente, la densidad de protones es responsable del contraste (Figura 10-02). En general las regiones brillantes en una imagen de saturación parcial (PS) parecen representar zonas de T1 corto y/o alta densidad de protones, mientras que las regiones oscuras representan áreas de T1 largo y baja densidad de protones.
Hoy en día casi nadie utiliza las secuencias PS originales dado su limitado valor diagnóstico. Sin embargo, la saturación parcial se convierte en una secuencia de eco de gradiente cuando se le añade un gradiente de campo. La mayoría de las secuencias de saturation recovery de hoy en día son, en realidad, secuencias de eco de gradiente.
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Figura 10-02:
Signal-intensity (SI) behavior of a partial saturation pulse sequence showing the dependence of SI of white matter (WM), gray matter (GM), and cerebrospinal fluid (CSF) at B0 = 0.5 T.
If the repetition time chosen is long enough, signal intensities differ by the factor of proton density only (WM: 72%, GM: 82%, CSF: 100%). The images are of a healthy adult brain.
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In this animation we fly along the time line of the graph above and watch how the contrast changes.
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10-03-02 TE – el tiempo de eco
Los elementos principales de una secuencia de espín-eco (SE) son un pulso de 90° seguido por un pulso de 180° después de un intervalo de tiempo τ que producen un eco de spin después del tiempo de eco TE (detalles en el Capítulo 4). La caída de señal depende de los tiempos de relajación y la densidad de protones (ρ) del tejido respectivo. Las curvas de intensidad de la señal llegan a cero de manera más rápida o más lenta, en función de la composición del tejido.
Cuando los investigadores en la década de los 80's comenzaron a aplicar la secuencia de espín-eco en imágenes médicas, se encontraron no solo con un mejor contraste, sino también con un comportamiento mas complejo del contraste. Algunas lesiones cerebrales conocidas no se visualizaban debido a la falta de contraste en la imagen. En particular imágenes SE con una TE menor de 60 ms a veces no revelaban las placas de la esclerosis múltiple, astrocitomas, meningiomas, infartos, u otras lesiones. La razón de este comportamiento puede explicarse por las curvas caída de señal en las secuencias de eco de espín.
The signal intensity of different compounds decreases with longer TE. The most interesting features of these curves, however, are the points of intersection. At these points, the respective brain tissues are isointense and there is no contrast between them: they are indistinguishable. Many pathologies possess signal intensities similar to normal brain tissue on images and therefore are invisible on images with short TE (T1- and intermediately weighted images) (Figura 10-03).
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Figura 10-03:
Spin-echo sequence: decay curves of gray matter (GM), white matter (WM, and cerebrospinal fluid (CSF) at high field strength (B0 = 1.5 T). Relative signal intensity, SI, versus echo time, TE, at a given repetition time of TR = 2000 ms. The images are of a healthy adult brain.
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In this animation we fly along the time line of the graph above and watch how the contrast changes.
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La señal de espín-eco contiene información sobre la densidad de protones así como de la relajación spin-red y la relajación espín-espín. La intensidad de señal de una secuencia spin-eco puede ser calculada mediante la siguiente ecuación:
SI = K × ρ × (1 - exp { - [TR - TE] / T1} × exp {-TE / T2 })
De nuevo, SI representa la intensidad de señal, K representa la influencia del flujo, perfusión y difusión y ρ es la densidad de protones, TR el tiempo repetición, TE el tiempo de eco, y T1 y T2 son los tiempos de relajación.
Esta ecuación revela que la ponderación T2 de una imagen SE aumenta a medida que aumenta el tiempo de eco. La intensidad de la señal con ponderación T1 depende de TR y de TE. En un secuencia SE la ponderación T1 por lo general se crea con TR corto y TE corto. En general, los ecos tempranos (= corto TE) de una secuencia SE son potenciados en ρ y en T1. Los ecos posteriores son progresivamente más potenciados en un tiempo de relajación intermedio y en T2 [⇒ Harms].
La Figura 10-04 explica con dos ejemplos la interdependencia el tiempo de eco y el tiempo de repetición con respecto a la intensidad y el contraste de la señal. Cuando se elige un TR corto la intensidad de la señal inicial será baja y las imágenes de SE con tiempos de eco cortos estarán muy potenciadas en T1. Con tiempos de repetición más largos las intensidades de señal serán mayores. La relación de unas intensidades de señal con otras varia dependiendo del TR, y, por tanto, el contraste también estará fuertemente influido por el TR.
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Figura 10-04:
Top: Short repetition times (TR = 250 ms) emphasize T1-weighting.
Bottom: Long repetition times (TR = 1500 ms) emphasize T2-weighting. In brain imaging, the crossover points of no contrast move to shorter TE values when TR is increased.
Animation: Left sequence: TR = 250 ms; right sequence TR = 1500 ms.
Software de simulación: MR Image Expert®
El contraste puede ser previsible con una anatomía normal, sin embargo, en la búsqueda de las lesiones la predicción se vuelve imposible. La figura 10-05 muestra un ejemplo de cómo una lesión patológica puede permanecer oculta o destacar, dependiendo del contraste en la imagen.
A veces, las curvas de caída de señal de diferentes tejidos se cruzan entre sí, dando lugar a una extinción completa de contraste entre ellos. El mejor contraste se observa cuando la diferencia relativa entre ellos es mayor. Si los parámetros de la imagen (es decir, T1, T2, ρ, TR and TE) son conocidos, las curvas de caída puede ser precalculadas asumiendo un rango de error predeterminado. Sin embargo, si no sabemos T1, T2 y ρ, y utilizamos unos parámetros de secuencia de pulso equivocados podemos pasar por alto una lesión.
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Figura 10-05: |
Software de simulación: MR Image Expert®
Como hemos visto en el Capítulo 4, uno debe distinguir claramente entre imágenes T1 y T2 ("imágenes puras T1 y T2"), por un lado, e imágenes intermedias T1 y T2 (potenciadas en densidad de protones) por el otro. Mientras que en las primeras el tiempo de relajación toma gran protagonismo en la imagen final, las segundas dan como resultado una intensidad de señal con, por ejemplo en el caso de una imagen en T1, una alta influencia de T1 pero al mismo tiempo también con contribuciones de T2 y de densidad de protones.
La Tabla 10-02 intenta acercar la comprensión de la ponderación de la imagen en las secuencias SE. TE y TR cortos enfatizan la influencia T1, largos tiempos de eco y de repetición enfatizan la influencia T2. La combinación de tiempos largos de repetición y tiempos cortos de eco eliminan parte de los efectos de T1 y T2 para hacer hincapié en ρ.
La Tabla 10-03 muestra el comportamiento de intensidad de señal en las imágenes con distinta potenciación según tejidos.
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Tabla 10-02:
Image weighting. Proton density (ρ-) images should preferably be called intermediately weighted images, because the highest signal intensity in these images might not present the highest water content. TR and TE depend on field strength. At high fields, TR and TE for both T1- and T2- weighting are shorter than at medium or low fields.
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Tabla 10-03:
Signal-intensity behavior in weighted images. Only weighted spin-echo images are used in routine clinical examinations. Note that the respective signal intensities on weighted images vary according to the TE and TR chosen and with the strength of the magnetic field. The easiest way to distinguish T1- and T2-weighted images is by looking at water-like liquids: on T1-weighted images, they are dark; on T2-weighted images, they are bright.
