En el reportatge “Més enllà del visible: imatges per al diagnòstic mèdic” fèiem cinc cèntims de les diverses tècniques d’imatge usades en l’àmbit mèdic. Abans de continuar, si no l’heu llegit, us recomanaria donar-li una ullada. Avui, ens endinsarem en el funcionament d’una d’aquestes: la ressonància magnètica.

Introducció

La ressonància és un fenomen físic que es produeix quan un sistema vibratori és excitat per una font externa. Aquesta font externa ha de tenir una freqüència propera a la freqüència de vibració del sistema, ja que si no no podrà influenciar el sistema. Per exemple, un dels casos més catastròfic d’aquest fenomen és el del pont de Tacoma: el pont de Tacoma (sistema vibratori) va començar a oscil·lar a causa del vent (font externa) fins a arribar a col·lapsar. També podem observar el fenomen de la ressonància quan les cantants d’òpera (font externa) són capaces de trencar copes de vi (sistema vibratori) quan canten a certes freqüències.

1. Fenomen de la ressonància. L’objecte B començarà a vibrar com la freqüència de l’A encara que no estigui en contacte directe, ja que les seves freqüències de vibració coincideixen. 

Aquest fenomen es pot observar en molts contextos, com és el cas de les ones mecàniques (per exemple, el vent o el so) que acabem de descriure o, electromagnètiques, com en el cas de les imatges per ressonància magnètica. En aquest cas concret, s’exciten els spins del nostre cos (sistema vibratori) a partir d’ones de radiofreqüència (font externa).

Els spins són una propietat intrínseca de les partícules elementals, com per exemple els electrons. Ens podem imaginar els electrons del cos com petits imants, és a dir, quan s’apliqui un camp magnètic els electrons s’alinearan amb el camp, però si no ho fem, es distribuiran aleatòriament.

2. Representació de l’spin. Els spins sense camp magnètic extern estaran orientats aleatòriament, en canvi, quan apliquem un camp magnètic extern aquests spins s’alinearan en la direcció del camp.

Així mateix, per entendre el funcionament d’aquesta tècnica d’imatge mèdica, hem de conèixer abans quins són els elements principals que componen el ressonador, és a dir, la màquina que permet obtenir aquestes imatges. Són els següents: l’imant superconductor, les bobines magnètiques, les bobines de radiofreqüència i, l’antena de ràdio. L’imant, principalment crearà un camp magnètic potentíssim, les bobines magnètiques modificaran aquest, les bobines de radiofreqüència enviaran una ona de ràdio i, l’antena captarà senyal del nostre cos.

3. Parts d’un ressonador. L’imant superconductor, les bobines magnètiques o de gradient, les bobines de radiofreqüència i, la bobina de cap (s’utilitza per les imatges del cervell).

El camp magnètic

Quan ens fan una ressonància, en primer lloc, es crea un camp magnètic homogeni, estàtic i paral·lel a la persona, és a dir, en la direcció de cap a peus, d’una gran magnitud, fins i tot superior al camp magnètic terrestre! D’aquesta manera, el camp creat tindrà més influència sobre els spins que el camp magnètic terrestre.

Sempre que entrem en una sala amb un ressonador encès, haurem de deixar tots els objectes metàl·lics fora de la sala. Si no ho féssim, correm el risc que vagin disparats a la màquina causant danys físics o materials, ja que el ressonador actuarà com un imant superpotent. A més, necessita grans sistemes de refrigeració, pel fet que el camp magnètic és creat a través de corrent elèctric, però aquest també dissipa calor. 

Actualment, els ressonadors poden crear camps d’1, 1,5 o 3 tesles (T), que són els que normalment usem als hospitals, però també existeixen màquines capaces de crear camps de 7T o, fins i tot, 14T.  Com més gran sigui el camp, podrem obtenir imatges amb millor resolució que ens permetran observar estructures més petites i amb més precisió. Aquests escàners de 7T (o fins i tot 14T), s’empren principalment en recerca per aconseguir imatges de ressonància magnètica d’animals petits, com rates o ratolins.  

4. Comparació d’imatges amb diferents intensitats de camp magnètic, 1,5T, 3T i 5T. Imatge extreta de: https://link.springer.com/article/10.1007/s00330-009-1620-2

I, us estareu preguntant, per què necessitem aquest camp magnètic homogeni, estàtic i paral·lel a la persona tan potent? Doncs per alinear tots els spins del nostre cos (sí, sona una mica esotèric). Resulta que els electrons del nostre cos tenen un associat un spin, és a dir, actuen com petits imants i, per tant, poden interactuar amb el camp magnètic extern sense causar cap dany. Això sí, no us deixeu enganyar quan us parlin de medicina quàntica i remeis sobrenaturals, no té res a veure amb això.

Funcionament de l’escàner

Tornem al quid de la qüestió. Hem creat aquest camp magnètic potent, tenim tots els spins del nostre cos alineats amb el camp i… ara què? Com aconseguim generar una imatge? Aquí és on entren en joc les bobines magnètiques, les bobines de radiofreqüència i l’antena de ràdio.

Com tindrem tots els spins alineats amb el camp, si enviem una ona de ràdio, aquests canviaran la seva orientació. Però, en continuar tenint el camp magnètic potent, els spins tornaran a orientar-se amb el camp magnètic. No ho faran sense fer “soroll”, els spins en recuperar la seva posició original emetran un senyal que podrà ser captat per l’antena.

Hi ha un problema, bé més aviat una altra cosa que s’ha de tenir en consideració. Necessitem saber d’on prové el senyal que estem captant. No volem que sigui tot un descontrol, i no saber d’on ve res. Per aquesta raó, necessitem situar-nos en l’espai. Per fer-ho, ja que el camp magnètic és homogeni, cal alterar-lo per saber on estem. És a dir, fent ús de les bobines magnètiques, crearem gradients que ens permetran modificar el camp magnètic original i situar-nos en l’espai, com si fos un radar.

Llavors, les bobines de radiofreqüència, el que faran és enviar un pols de radiofreqüència (és a dir, una ona de ràdio, com les que et permeten escoltar La Primera Pedra de RAC1 on vàrem parlar sobre de les imatges pel diagnòstic mèdic) i, aquestes ones alteraran l’estat dels spins, fent-los ballar en tots sentits. El camp magnètic és més fort que ningú, i els farà tornar a l’estat inicial –és a dir, alineats amb el camp magnètic–. Així i tot, els spins no ho tornaran en va, sinó que emetran una ona de ràdio, que podrem captar gràcies a l’antena de ràdio.

Aquest procés l’haurem de repetir diverses vegades per cada pla de l’espai que vulguem enregistrar. El senyal captat es transformarà en una imatge assignant un valor a cada vòxel (píxel en 3D) fent un seguit d’operacions matemàtiques, que inclouen la transformada de Fourier entre d’altres. La màquina, gràcies al programari instal·lat, transformarà aquest senyal en una imatge del nostre cos. Com es fa aquesta transformació és material per un proper reportatge.

Ja per acabar … 

La ressonància magnètica és un fenomen usat per obtenir imatges de l’interior del cos humà sense causar cap dany físic, però requereix un funcionament complicat on entren en joc camps magnètics i senyals de ràdio per obtenir una imatge. I és que aquí no acaba tot, perquè podem aconseguir-ne de molts tipus: anatòmiques, funcionals, etc. Tot això i més, al pròxim reportatge!

Per saber-ne més

Llibres Física Mèdica – https://sefm.es/publicaciones/fundamentos_fisica_medica/

Canal Salut Gencat – https://canalsalut.gencat.cat/ca/salut-a-z/d/diagnostic-per-la-imatge/proves-diagnostiques/ressonancia-magnetica-rm/index.html

Diccionari Hospital Clínic – https://www.clinicbarcelona.org/ca/institut/centre-de-diagnostic-per-la-imatge/proves-i-procediments