CONTENIDO DE LA UNIDAD
RESONANCIA MAGNÉTICA
-
Material de estudio
-
Imágenes
-
Actividades de interacción
-
Videos
-
Actividades de aprendizaje
SECUENCIAS APLICADAS
EN RESONANCIA MAGNÉTICA
INTRODUCCIÓN
Las secuencias en resonancia magnética (RM) son la combinación de pulsos de radiofrecuencia (RF) y de gradientes de campo magnético (CM), aplicados en períodos de tiempo de forma ordenada y repetida. Los tejidos dan respuesta a estas secuencias con señales que forman las imágenes diagnósticas. Las secuencias están compuestas por:
-
Pulsos de RF, indispensables para el fenómeno de resonancia.
-
Pulsos de gradientes de codificación espacial (2D o 3D), determinantes en las variantes de llenado del espacio K.
El conjunto de parámetros que componen cada secuencia, muchas veces, vienen diseñados y denominados, de diferente manera por las distintas casas comerciales de los equipos.
La clasificación de secuencias está basada en la forma de conseguir el eco (fig. 1): si es por un pulso RF, son las secuencias eco de espín o RF; si es por un desfase de gradientes, son las secuencias eco de gradiente, y, por último, si es por la combinación de ambas, son las secuencias híbridas. Por tanto, se clasifican como:
-
Grupo eco de espín (SE). Secuencias SE, secuencias inversión-recuperación (IR), secuencias secuencias eco de espín turbo (TSE), y todas las variantes con pulsos de RF de 90° y/o 180°.
-
Grupo eco de gradiente (EG). Secuencias EG clásica, secuencias EG rápidas (EGR) coherentes e incoherentes, EGR con preparación tisular, secuencias EPI (Echo Planar Image).
-
Grupo de secuencias híbridas: GRASE (eco de gradiente y eco de espín).
FIGURA 1 A) Secuencia SE con ponderación Ti. B) Secuencia EGR con ponderación T2. C) Secuencia GRASE con ponderación T2.
SECUENCIAS SE CLÁSICAS Y VARIANTES
Este grupo se caracteriza por el uso de pulsos de RF de 90° y 180°.
SECUENCIAS SE CLÁSICAS
Es una de las secuencias más usadas. Hahn la desarrolla en la década de los cincuenta, y ahora es menos utilizada debido a su largo tiempo de adquisición (TA).
Comienza con un pulso de RF de 90°, que inclina el vector de magnetización del plano longitudinal al transversal y después de un tiempo denominado TE/2, sigue uno o dos pulsos de 180° para refasar los espines y conseguir uno (mono eco) o dos ecos (doble eco), representado en la figura 2.
Figura 2. Diagrama de secuencia SE
Se consiguen imágenes potenciadas en T1, T2 o densidad protónica (DP), dependiendo del tiempo de repetición (TR), y del tiempo de eco (TE) (parámetros incluidos en la tabla 1).
Tabla 1. Parámetros de secuencia SE clásica
Valores para equipos de 1,5 T
VENTAJAS:
-
Alta resolución de contraste: Imágenes T1 con alta definición anatómica, y T2 con alta sensibilidad para detectar la patología; aplicación en estudios osteoarticulares y del sistema nervioso central (fig. 3).
-
Baja susceptibilidad a artefactos por inhomogeneidad del CM.
Figura 3. Imágenes de secuencia SE potenciadas en T1 (A); T2 (B); DP (C)
Cuadro A. Cálculo de tiempo de adquisición de secuencias SE
TA = TR x NPy x NEX
Donde:
TA: Tiempo de adquisición.
TR: Tiempo de repetición.
NPy: Número de codificaciones de fase.
NEX: Número de excitaciones.
SECUENCIAS TSE, SE RÁPIDAS
Al igual que en secuencias SE, se aplica un ciclo de pulsos, primero de 90°, seguido de múltiples pulsos de refase de 180°, lo que produce múltiples señales o ecos (tren de ecos). Se reduce el TA, ya que con el mismo TR, hay más llenado del espacio K porque hay más codificación de fases. El espacio K se ocupa de forma segmentada, tantas veces como marque el número de ecos por cada TR. El número de ecos durante un TR es lo que se denomina longitud del tren de ecos (ETL) o factor turbo. Las primeras señales producidas ocupan diferentes segmentos del espacio K, hasta llenarlo todo.
Las líneas centrales marcan la ponderación de la secuencia. Los ecos que ocupan la parte central del espacio K, lo realizan durante el TE efectivo. El TR es más largo que en la secuencia SE porque los pulsos de 180° llevan su tiempo y, por ello, si se quieren más cortes, se alarga significativamente el TR, lo que influye en las potenciaciones del contraste (secuencias representadas en las figuras 4 y 5).
Figura 4. Diagrama de secuencia TSE
Figura 5. Esquema de llenado del espacio K por secuencias TSE
La ETL es el número de ecos por cada TR, y marca el número de líneas que ocupan del espacio K. Cada eco se codifica con un gradiente de fase distinto, para ocupar líneas del espacio K distintas (segmentado).
No confundir con secuencias SE con doble eco, donde después de dos pulsos de 180° se producen dos imágenes con diferentes ponderaciones (T2 y DP) (fig. 6).
Figura 6. Imágenes de secuencia TSE potenciadas en T1 (A), T2 (B) y DP (C).
El TA (cuadro 2) viene influenciado por el FT, reduciéndolo a valores mínimos (parámetros incluidos en la tabla B).
Cuadro 2 Cálculo de tiempo de adquisición de secuencias TSE
TA = TR x NPy x NEX / FT
Donde: TA: Tiempo de adquisición.
TR: Tiempo de repetición.
NPy: Número de codificaciones de fase.
NEX: Número de excitaciones. FT: Factor turbo.
Tabla 2. Parámetros de secuencia TSE clásica
Valores para equipos de 1,5 T.
VENTAJAS:
-
Reducción importante de los TA.
Poco sensible a los artefactos por CM inhomogéneo o de susceptibilidad magnética.
Uso muy diverso, desde imágenes T2, hasta uso de matrices muy altas para la obtención de imágenes de alta resolución.
INCONVENIENTES:
-
Susceptibilidad a los artefactos de flujo y movimiento.
-
Aumento de la intensidad de brillo de la grasa en imágenes T2.
-
Peor relación señal-ruido que en secuencias SE clásicas. Existe baja señal de tejidos como el hígado, músculo o líquido cefalorraquídeo (LCR), con poco contraste.
La grasa tiene mayor señal en secuencias TSE que en SE debido al acoplamiento J (las interacciones espín-espín en la grasa). Existen ya mecanismos de corrección en las secuencias TSE, como DIET, donde el retraso entre los pulsos de 180°, respetan el acoplamiento J, y la grasa es más parecida a secuencias SE.
Se hace mención a la secuencia DRIVE o RESTORE o FRFSE, según la casa comercial, que es otra modificación de secuencia TSE con un pulso inversor de 90° al final del tren de ecos, que incrementa la intensidad de la señal en fluidos como el LCR (fig. 7), con TR más bajos.
Figura 7. Imagen de secuencia DRIVE
Secuencias SE ultrarrápidas (ultra fast SE) Estas secuencias parten de un pulso de 90° y un ciclo de pulsos de 180°, es decir, un TSE, con la diferencia de que, con un TR (infinito), se llena todo el espacio K.
La primera secuencia creada, RARE (Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement), actualmente se encuentra en desuso. La evolución de la tecnología de los gradientes y el aprovechamiento de la simetría del espacio K permitieron el desarrollo de esta secuencia RARE hasta conseguir las siguientes:
-
SSFSE (Single Shot Fast Spin Echo). Con un solo TR y unos TE ultracortos se consiguen cortes con tiempos menores a 1 segundo. Combina técnica de parcial Half Fourier, (diagrama representado en fig. 8).
-
HASTE (Half Fourier Acquisition Single shot Turbo spin Echo). Combina la secuencia SSFSE con una adquisición Half Fourier (llenado del 60% del espacio K, un 60%, y el resto con transposición de datos adquiridos).
Figura 8. Esquema de llenado del espacio K por secuencia SS-TSE
Ambas secuencias tienen fuerte ponderación T2, con tiempos ultracortos, indicadas para la demostración de líquidos (T2 muy largo): colangiografía RM, urografía RM, estudios fetales (fig. 9).
Figura 9. Imágenes potenciadas en T2 SS-TSE (A), y HASTE (B)
VENTAJAS:
• Secuencias muy rápidas (menos de 1 segundo).
• Baja sensibilidad a artefactos por movimiento.
• Alta sensibilidad a estructuras con líquido circulante (fuerte potenciación T2).
INCONVENIENTES:
• Pérdida de relación señal-ruido y de resolución espacial en trenes de eco muy largos.
SECUENCIAS IR Y SATURACIÓN
Se caracteriza por el uso inicial de un pulso invertido de 180° (fig. 10) que revierte la magnetización de los tejidos en sentido antiparalelo. Se genera una fuerte ponderación en T1, dado que la recuperación de la magnetización longitudinal parte de un valor doble, pasando por un valor nulo, hasta su recuperación. El objetivo es incrementar las diferencias del T1 de los tejidos, y anular la señal en algunos de ellos, potenciando los T2, dando alta señal el agua.
Figura 10. Gráfica de secuencias IR con anulación de la señal de diferentes tejidos (grasa y líquido). Después de un pulso de inversión, la magnetización longitudinal se va recuperando, pasando al plano transversal. En ese momento, la señal de los diferentes tejidos es nula. Si elimina la señal de la grasa, se denomina STIR, si es la señal de un líquido, FLAIR.
En la secuencia aparece un nuevo parámetro (fig. 11), el tiempo de inversión (TI), tiempo transcurrido entre el pulso inversor de 180° y el de 90°, en que comienza la secuencia SE. La reconstrucción de la imagen de secuencias IR puede ser:
Reconocimiento de fase o real. Se distinguen los vectores con valor positivo o negativo, más oscuro, T1 largos, más claro, T1 cortos, tejidos sin señal, grises.
Modular o en magnitud de la señal; el rango de grises depende del tamaño de los vectores sin importar si son negativos o positivos; más oscuro, vectores pequeños, más intensos, vectores grandes. Esta modalidad es la elegida para secuencias STIR (Short inversion Time Inversion Recovery), o FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery) (fig. .12).
Figura 11. Diagrama de secuencia IRSE
Figura 12. Imagen de secuencia IR
El TI es clave en el resultado de la imagen, y según su valor (entre 100-3000 ms para CM de 1,5 T), podrán obtenerse diferentes contrastes con la anulación de la señal de distintos tejidos, como la grasa (secuencias STIR) o líquido (secuencias FLAIR).
Este pulso se asocia normalmente a secuencias SE, sin embargo, los tiempos largos de adquisición han desarrollado nuevas asociaciones con otras secuencias rápidas, como TSE y EGR, o secuencias EPI (parámetros recogidos en la tabla 3).
Tabla 3. Parámetros de secuencia IR
Valores para equipos de 1,5 T.
SECUENCIAS STIR
Secuencia IR con pulso inversor de 180° con un TI corto (80-160 ms para CM de 1,5 T), que no permite la recuperación longitudinal del agua. A continuación, el pulso de 90°, con secuencia SE, que suprime la magnetización transversal de la grasa. El objetivo es la señal nula o supresión de la señal de la grasa (TI de 140 ms), con la particularidad de que los efectos T1 y T2 son aditivos, lo que aumenta la señal de los tejidos patológicos. Puede potenciarse en T1 o T2, dependiendo del TE.
VENTAJAS:
-
Anulación de la grasa o tejidos con un TI corto.
-
Baja sensibilidad a inhomogenidades del CM o artefactos metálicos. Inconvenientes:
-
Asociados a secuencias SE, se aumenta el TA.
-
La anulación de la señal de la grasa no siempre es efectiva, dependiendo de su TI (existen secuencias específicas para tal fin).
-
No utilizar con gadolinio (reduce el T1, y el STIR también), ya que puede anular la señal del tejido con realce.
-
El TR siempre debe ser mayor de 3 a 5 veces el T1 de los tejidos de interés. Tiene aplicaciones en estudios del sistema musculoesquelético y en técnicas de supresión grasa en diferentes áreas anatómicas. Los TA se han rebajado mucho gracias a asociaciones con secuencias TSE (fig. 13; parámetros recogidos en la tabla 4).
Figura 13. Imagen de secuencia STIR (señal de la grasa anulada)
Tabla 4. Parámetros de secuencia STIR
Valores para equipos de 1,5 T.
SECUENCIA FLAIR
Secuencia IR con pulso inversor de 180° con un TI largo (1600-2800 ms para CM de 1,5 T) que corresponde a la recuperación del pulso reverso de 180° del LCR, y no deja que se produzca su magnetización longitudinal. A continuación, el pulso de 90° con secuencia SE no permite la magnetización transversa del LCR. Se consigue, así, la supresión de la señal del líquido (el agua tiene un T1 de 2000 ms).
La aplicación más importante es en neurorradiología, muy útil en patología periventricular craneal, dado que la supresión de la señal del LCR ayuda a resaltar la patología adyacente (fig. 14; parámetros recogidos en la tabla 5).
Figura 14. Imagen de secuencia FLAIR (señal del LCR anulada)
Tabla 5. Parámetros de secuencias FLAIR
Valores para equipos de 1,5 T.
SECUENCIAS AVANZADAS IR
Los altos TA de las secuencias IR clásicas han promovido el desarrollo de secuencias alternativas que buscan nuevas formas de llenado del espacio K y uso de pulsos inversores como preparación tisular, sin olvidar que cada tejido tiene un TI característico dependiente del CM.
Existen secuencias fast o turbo/EGR o EPI-STIR y FLAIR. Secuencias con dobles y triples pulsos inversores para anular la señal de dos o tres tejidos diferentes, y a continuación seguir con técnicas de llenado rápido del espacio K, secuencias DIRSE (doble inversión recuperación eco de espín) o TIRSE (triple inversión recuperación eco de espín).
Técnicas avanzadas de saturación de la grasa y fluidos Se han comentado previamente, diferentes métodos de anulación de la señal de la grasa, por ejemplo, la secuencia STIR, pero se han desarrollado nuevas alternativas como:
-
Técnicas de saturación de la grasa por selección de frecuencia o saturación espectral. Fat-Sat (saturación grasa), SPIR (Spectral Presaturation with IR) o SPECIAL, que pueden asociarse a cualquier secuencia, tanto SE como EG. Ofrecen un gran detalle anatómico y se pueden usar en estudios poscontraste. Necesitan una gran homogeneidad del CM y requieren tiempos largos.
-
Técnicas por excitación selectiva (PROSET o water excitation). Es una aplicación de un módulo de pulsos combinados (22,5 | 45° | 22, 5°) y separados por un tiempo corto, que suman en total 90°, donde se relajan los espines del agua y generan una señal, mientras la grasa ya se ha relajado y no emite señal. Esta técnica de tiempos cortos de ejecución (de 1 a 2 ms) se puede aplicar en secuencias 3D sin penalizar en
-
tiempo. También se pueden usar en secuencias poscontraste, muy útiles en angio-RM, abdomen o sistema musculoesquelético.
-
Secuencias en fase y fase opuesta: Son secuencias EG con distintos tiempos de eco (cortos), basadas en las diferentes frecuencias de precesión del agua y de la grasa. Se recoge la señal del vóxel de la región a estudiar de tal manera que, en unos momentos, la señal del agua y de la grasa se suman (fase) y dan una imagen T1, y en otros, la señal de ambas se resta, y se obtiene la misma imagen con grasa saturada o nula (fase opuesta) (fig. 15). Es una técnica rápida que se puede asociar a pulsos de saturación grasa como SPIR, con gran sensibilidad a estructuras de grasa y agua, como adenomas hepáticos, suprarrenales, etc. No deben usarse como secuencias poscontraste,
Figura 15. Imágenes de diferentes secuencias con SPIR (A) y Fat-Sat (B)
SECUENCIAS EG CLÁSICAS Y RÁPIDAS
Las secuencias EG surgen como alternativa a las SE, por la necesidad de disminuir los tiempos de exploración. Se reducen los tiempos de llenado del espacio K, con otras formas de llenado, y se acorta el TR. Esta evolución desemboca en las secuencias EGR, que reducen el TR gracias a la aplicación de un pulso menor de 90° y sustituyendo el pulso de 180° por pulsos de desfase y refase de gradientes (gradientes bipolares) en la dirección de la codificación de
frecuencia, con lo que se obtienen ecos con tiempos muy cortos.
SECUENCIAS EG CLÁSICAS
Se usa un pulso de RF con ángulo de inclinación o Flip Angle (FA), menor de 90°, sustituyendo el pulso de 180° por la inclusión de gradientes. Los gradientes son de fase, en la dirección de la codificación de frecuencia. Provocan un desfase en la precesión de los protones, y más tarde se invierte el sentido del gradiente (gradiente de refase), haciendo que los protones se refasen, lo que produce un eco (se representa en los diagramas de las figuras 16 y 17).
Figura 16. Diagrama de secuencia EG
Figura 17. Esquema de llenado espacio K por secuencias EG
Para cada tejido existe un ángulo (α0) con el que se obtiene la máxima señal , en relación con el T1 y con el TR empleado; se denomina ángulo de Ernst (aE) y viene definido por la siguiente fórmula:
αE = COS -1 (e - TR/T1)
Las heterogeneidades del CM favorecen un contraste T2* (fig. 18), en SE sería T2, y para evitarlo en lo posible se usan TE muy cortos dada la rapidez del decaimiento por inducción libre (FID, Free Induction Decay) de señal.
Figura 18. Imagen eco de gradiente clásica (T2 FLASH)
El FA es un nuevo parámetro que condiciona la señal: a mayor ángulo, mayor componente transversal y mayor señal.
Tanto el FA como el TR y el TE condicionan las diferentes ponderaciones, T1, T2* o DP (parámetros en la tabla 6).
Parámetros de secuencias EG clásica
Valores para equipos de 1,5 T.
Las aplicaciones son diversas, desde el sistema musculoesquelético, consiguiendo buen contraste hueso-cartílago, a estudios abdominales dinámicos y angio-RM, debido a sus tiempos de exploración cortos (TA bajos) (cuadro 3) y a sus diferentes ponderaciones.
Cálculo de tiempo de adquisición de secuencias EG y EGR
TA =TR x NPy x NEX
Donde:
TA: Tiempo de adquisición.
TR: Tiempo de repetición.
NPy: Número de codificaciones de fase.
NEX: Número de excitaciones.
VENTAJAS:
• Secuencias muy rápidas, con ponderaciones en T1, T2* o DP. • Efecto T2* más sensibles a patología.
• Sensible a la detección de restos hemáticos en los tejidos. Inconvenientes:
• Muy sensibles a artefactos por objetos metálicos (susceptibilidad magnética).
• Son más ruidosas, por el trabajo de los gradientes.
La utilización en EG de TR más cortos que los tiempos de relajación de los tejidos provoca una situación de coexistencia de magnetización longitudinal y transversal. Es lo que se denomina estado estacionario o de equilibrio (Steady State, SS). Se consigue así, un equilibrio energético, es decir, la energía que entra (con RF) es la que sale (con la señal).
El estadio estacionario produce dos señales: un FID de la Mxy creada (relajación transversal), y un eco estimulado por la Mxy residual.
Esto tiene importancia cuando los TR son menores que los tiempos T2 de los tejidos. Dependiendo de cómo se maneje la magnetización transversal, dividiremos las secuencias EG rápidas en:
• Coherentes: donde aún queda una magnetización transversal residual, cuando se libera el siguiente pulso de excitación. Producen rápidas imágenes en T2* (efecto artrográfico o angiográfico, donde brilla mucho el agua).
• Incoherentes: donde la magnetización transversal residual se elimina.
SECUENCIAS EGR O SS INCOHERENTES
Este tipo de secuencias EG eliminan el componente transversal residual antes de enviar un nuevo pulso, y queda el componente longitudinal (fig. 19), por tanto, las imágenes obtenidas estarán potenciadas básicamente en T1.
Figura 19. Diagrama de secuencia EGR incoherente con gradiente expoliador
Para eliminar esta magnetización transversal residual se usan dos procesos diferentes: bien con pulsos de RF (RF spoiled), o con el uso de gradientes sobre el componente transversal (GR spoiled), parámetros recogidos en la tabla 7).
Tabla 7. Parámetros de secuencias EGR incoherentes
Valores para equipos de 1,5 T.
VENTAJAS:
• Secuencias ultrarrápidas, secuencias en apnea.
• Adquisiciones 2D o 3D.
• Compatibles con estudios con gadolinio.
INCONVENIENTES:
• Muy ruidosas. •
En adquisiciones 2D la señal puede ser baja.
Sus aplicaciones son diversas, desde estudios abdominales en apnea con o sin contraste (estudios dinámicos) hasta angio-RM. Una de las secuencias de este grupo permite conseguir dos ecos con un mismo TR, y puede detectar la presencia de grasa en momentos donde la grasa y el agua con diferentes frecuencias de precesión están en fase (suman la señal en el vóxel), o en fase opuesta (restando la señal). Consiguiendo dos imágenes, se denominan SINOP (Simultaneous acquisition of In phase Opposed Phase) o, más utilizado, la llamada secuencia en fase y fase opuesta, muy útil en secuencias abdominales para estructuras con grasa (fig. 20).
Figura 20 Secuencias EGR incoherente (SPGR [A] y turbo FLASH [B]).
SECUENCIAS EGR O SS COHERENTES
Como la magnetización transversal residual en estado estacionario se va reduciendo, las secuencias SS coherentes intentan mantenerla o refasarla completamente. Para mantener la magnetización total o parcial se usan procesos de refase. Dependiendo de cómo se refasen las clasificaremos en:
-
SS coherentes con refase parcial. Se aplica un gradiente de refase en la dirección del gradiente de codificación de fase, consiguiendo una señal (suma del FID y el eco posterior).
-
SS coherentes con refase total. Se aplican gradientes de refase en las tres direcciones del espacio (parámetros recogidos en la tabla 8).
Tabla 8 Parámetros de secuencias EGR coherentes con refase parcial
Valores para equipos de 1,5 T.
El estado estacionario pierde el componente transversal debido al desfase que produce el propio gradiente de fase en cada señal y los procesos que implican el T2*(heterogeneidades del CM, movimientos de flujo o movimientos aleatorios brownianos).
SS COHERENTES CON REFASE PARCIAL
Se dividen a su vez en coherentes con refase parcial con lectura prepulso (fig. 21), con un TE mayor que el TR con potenciación T2, muy sensibles al movimiento; y en coherentes con refase parcial y lectura pospulso potenciadas en T2* (fig. 22), muy sensibles al movimiento, al flujo y a la susceptibilidad magnética (imágenes en la figura 23).
Figura 21. Diagrama de secuencia EGR coherente con refase parcial y lectura prepulso
Figura 22. Diagrama de secuencia EGR coherente con refase parcial y lectura prepulso
Figura 23. Secuencias EGR coherentes (FIESTA(A) y GRASS (B)). Imagen cortesía de General Electric
SS COHERENTES CON REFASE TOTAL
secuencias balanceadas (balanced)
Se caracterizan por refasar los gradientes en las tres direcciones del espacio (Gx, Gy y Gz). Necesita un CM muy homogéneo y gradientes muy rápidos y potentes. La adquisición es 2D obteniendo una señal que es la suma del FID, SE y eco estimulado. Secuencias conocidas también como balanced, el contraste obtenido está influenciado por T2 y T1, T2/T1, con señal intensa de fluidos y grasa (parámetros en la tabla 9).
Tabla 9 Parámetros de secuencias EGR coherentes con refase total. Secuencias balanceadas
Valores para equipos de 1,5 T.
La diferencia entre las secuencias SS es principalmente el uso del FID y/o eco estimulado. Las SS coherentes usan tanto el eco estimulado como el FID, con ponderaciones T1 o T2* dependiendo del TE. Las SS incoherentes solo el FID, con ponderación T1.
Se pueden combinar diferentes secuencias SS, distinguiendo: CISS (Siemens) o FIESTA-C (Philips), donde se combinan dos secuencias balanced SSPF (Steady State Free Precession) con adquisición 3D, con muy alta resolución, aplicadas en estudios de neurorradiología, DESS (Dual Echo Steady State), donde se combinan secuencias SS coherentes con refase parcial y lectura prepulso (PSIF) y secuencias SS coherentes con refase parcial y lectura pospulso (FISP, Fast Imaging with Steady-state Precession), que ofrecen alta resolución orientada a estudios musculoesqueléticos. Además, otras secuencias como FADE (Fast Acquisition Double Echo) y SPIDER (fig. 24).
Figura 24. Secuencias DESS (A) y CISS (B)
VENTAJAS:
• Ultrarrápidas.
• Alta relación S/R.
• Poco sensibles a artefactos por movimiento. Muy útiles en estudios cardíacos. Inconvenientes: • Artefactos por pérdida de estado estacionario (artefactos de banda).
• Son secuencias muy ruidosas.
INCONVENIENTES:
• Artefactos por pérdida de estado estacionario (artefactos de banda).
• Son secuencias muy ruidosas.
Secuencias EGR con preparación tisular
Son secuencias ultrarrápidas EGR, con TR ultracortos, FA (α°) muy pequeños, en las cuales se usan uno o varios pulsos previos de RF (180° y/o 90°), para aumentar la diferenciación tisular, después de un tiempo de preparación (TP), comienzo del pulso α° de la secuencia EGR (diagrama en la fig. 25).
Figura 25. Diagrama de secuencia EGR con preparación tisular
EL tiempo transcurrido entre el pulso previo y el comienzo de la secuencia EGR se denomina tiempo de preparación. La ponderación T1 o T2 dependen de los pulsos preliminares, del TP y del modo de llenado del espacio K (central) (diagrama en la figura 26).
-
Para una ponderación T1, se aplicará un pulso previo de 180° y después de un TP y un llenado rápido del espacio K.
-
Para ponderación T2 se aplican tres pulsos de 90°/180°/90° y a continuación el EG. La ponderación T2 depende del TP, es una técnica en desuso.
Figura 26. Esquema de llenado espacio K por secuencias EGR con preparación tisular
La aplicación de esta secuencia T1 está enfocada al a estudios angio-RM (sangre negra), estudios abdominales y mama (figs. 27 y 28).
Figura 27 EGR con preparación tisular (MPRAGE)
Figura 28. EGR con preparación tisular (LAVA)
Secuencias EPI En este tipo de secuencias el ciclo comienza con un pulso de excitación inicial produciendo un tren de ecos de gradiente, también llamado tren de ecos (ETL) (fig. 9).
Figura 29. Diagrama de secuencia SE-EPI
Cada señal se digitaliza en sentidos diferentes usando gradientes de codificación de frecuencia bipolares (1.° señal en +Gy, 2.° señal en –Gy, etc.), que llenan un determinado número de líneas de K de forma alterna (relleno espacio K en zigzag) (fig. 30). Para esta técnica se necesitan sistemas informáticos muy rápidos para poder procesar la gran cantidad de información recibida, además de gradientes potentes y veloces.
Figura 30. Esquema de llenado espacio K por secuencias EPI
Si se logra llenar todo el espacio K, con un TR (shot) y obtenemos una imagen, se denomina SNAP o single shot EPI; si se usan varios TR, se llama multishots EPI o EPI segmentada.
La ponderación de la imagen en EPI dependerá del pulso de excitación (similar a EG con preparación tisular):
Con pulsos de 90° y 180° se potenciará en T2 dado que el TE es largo: SE EPI. (v. fig. 29).
Con pulso α°, en cada TR, con potenciación T2 * (fig. 31).
Pulso inversor de 180° más un grupo SE (90°-180°), potenciará en T1 (fig. 32).
Las aplicaciones más importantes son las técnicas de difusión y perfusión
Figura 31. Diagrama de secuencia GR-EPI
Figura 32. Diagrama de secuencia IR-EPI
VENTAJAS:
-
Técnicas rapidísimas, en casi cualquier potenciación con TA mínimos (cuadro 4).
-
Uso de difusión y perfusión, de gran utilidad fundamentalmente en patología del sistema nervioso central.
Cuadro 4. Cálculo de tiempo de adquisición de secuencias EPI
TA = TR x NPy x NEX/F EPI
Donde:
TA: Tiempo de adquisición.
TR: Tiempo de repetición.
NPy: Número de codificaciones de fase.
NEX: Número de excitaciones.
F EPI: Factor EPI.
INCONVENIENTES:
-
Técnica muy costosa; necesita hardware y software habilitados, además de gradientes configurados para la técnica.
-
Muy susceptibles a artefactos de distorsión geométrica y por desplazamiento químico agua-grasa (siempre hacer saturación espectral de la grasa, para evitar este artefacto, requiere CM altos) (fig. 33).
Figura 33. Secuencia EPI. (Imagen cortesía de General Electric)
Se puede corregir la distorsión geométrica utilizando EPI segmentadas , se llena el espacio K con varios TR (múltiples shots), codificaciones de fase con ligeras variaciones, lo que genera diferentes trayectorias de llenado dentro del espacio K.
SECUENCIAS HÍBRIDAS GRASE O GRSE
Son secuencias donde se combinan los formatos de adquisición de ecos de las secuencias EGR y SE (fig. 34), llenando el espacio K igual que las secuencias EPI (fig. 35). Son rápidas como las EGR. Las señales SE se posicionan en el espacio K en la parte central y las EG en otro sentido y en la periferia, y consiguen fuerte ponderación en T2 de SE sobre la T2* del EG.
Figura 34. Diagrama de secuencia GRA-SE
Figura 35. Esquema de llenado del espacio K por secuencias GRA-SE
El número de ecos conseguidos por módulos se llama "Factor EPI", el número de líneas que se llenan con cada TR será igual al "Factor Turbo" , que es el número de ecos SE por el factor EPI
Ejemplo: con un factor EPI de 3, un número de SE de 8 y un número de EG de 16, el factor turbo es 24. Como en secuencias EPI, las secuencias GRASE pueden ser single shot o multishot, donde se representa el factor turbo. Las aplicaciones son variadas, dada la fuerte ponderación T2 (parecida a la secuencia TSE), pero con tiempos muy inferiores y sin aumento de brillo de la grasa (al contrario que las secuencias TSE, donde la señal de la grasa es muy intensa) (fig. 36).
Figura 36. Secuencia GRASE
TÉCNICAS DE ADQUISICIÓN EN PARALELO
La reducción de los tiempos de exploración es el principal objetivo de los últimos avances en el campo de la RM. El uso de gradientes rápidos y potentes con llenados alternativos y eficientes del espacio K, se ve desplazado por la tecnología de las bobinas de múltiples elementos (en serie o phased-array).
Las antenas en serie con el incremento de los canales de transmisión marcan el comienzo de las técnicas de adquisición en paralelo (TAP o PAT). La base de estas técnicas es considerar el tiempo de adquisición, proporcional al número de líneas de fase de codificación en una adquisición cartesiana.
La tecnología TAP combina las señales recogidas por la bobina en serie para construir la imagen final. Son procesos matemáticos que llenan el espacio K, sustituyendo codificaciones de fase y reduciendo los tiempos de adquisición. Se puede decir que, por cada línea de llenado con codificaciones de fase, con el TAP, se llenan varias líneas más.
La imagen final es el resultado de ese llenado de datos recogidos por las antenas dentro del marco de lo que se denomina perfil de sensibilidad de las antenas, que es el conjunto de factores, tales como porcentaje de señal por antena, localización del vóxel, geometría de antena, etc., y que sirve de referencia para el cálculo de la imagen. Esta información de los perfiles puede ser obtenida por una adquisición breve e independiente de baja resolución, por adquisiciones integradas en las secuencias de pocas líneas de espacio K (autocalibración) o por un mapa previo 3D.
El sentido de esta técnica es normalmente la reducción del tiempo de la secuencia, cuantificada en el llamado factor PAT o factor de aceleración. Pero también sirve para mejorar la resolución. Ejemplo: PAT 2 significa que se llena la mitad del espacio K con codificaciones de fase, reduciendo el tiempo, o con el mismo tiempo con que se adquiera una secuencia con una matriz de 256 se obtendría una secuencia con una matriz de 512, que asocia aumento de la resolución espacial.
El factor PAT está limitado por el número de canales de las antenas.
La técnica TAP se puede clasificar dependiendo de que el procesado matemático se haga antes, Técnicas TAP en el dominio del espacio K, o después del llenado del espacio K, Técnicas TAP en el dominio de la imagen.
Técnicas TAP basadas en el espacio K
Las TAP basadas en los procesos de espacio K antes de la imagen final resultan de un llenado más eficiente, utilizan las señales recogidas por la antena array y llenan el espacio K de forma incompleta. Con los perfiles de sensibilidad de las antenas y procesos matemáticos, se estima un cálculo de las líneas del espacio K vacías, con ahorro en codificaciones de fase no realizadas y del tiempo final (fig. 37).
Figura 37. Gráfico representación de procesamiento de TAP dentro del entorno del espacio K
Dentro de este grupo encontramos diferentes variantes: Auto-SMASH, SPEED, SMASH, GRAPPA (GeneRalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisiton), siendo estas últimas las más utilizadas.
Técnicas TAP basadas en el medio de imagen
La codificación espacial en la dirección del gradiente de codificación de fase se submuestrea para ahorrar tiempo (equivalente a la reducción del FOV del elemento de bobina. Las imágenes intermedias de cada elemento de la bobina, por tanto, presentan artefactos de aliasing FOV horizontal, debido a los llenados parciales del espacio K. Gracias a los perfiles de sensibilidad de los elementos, la imagen generada puede calcularse deduciendo el valos de los píxeles entre las diversas imágenes intermedias obtenidas por cada elemento (Fig. 38).
Figura 38. Gráfico representación de procesamiento de TAP dentro del entorno de la imagen
Figura 38. Gráfico representación de procesamiento de TAP dentro del entorno de la imagen
Los perfiles de sensibilidad de la bobina se pueden medir, bien por adquisición por separado antes de la secuencia de formación de imágenes, en forma de adquisición 3D de baja resolución en todo el campo de vista, o por autocalibración con la medición de algunas de las líneas que faltan en el centro del espacio K (mSENSE, modified SENSitivity Encoding).
La calibración es esencial, ya que forma la base para la reconstrucción de la imagen final y cualquier fallo en los datos de un perfil de elemento se reflejará en la imagen reconstruida.
En este grupo enumeramos las siguientes técnicas: SENSE, mSENSE, ASSET (Array Spatíal Sensitívity Encoding Technique), SPACE RIP (Sensití-vity Profiles from an Array of Coil for Encodíng and Reconstruction in Parallel), PILS (Partial Parallel Ima-ging wíth Localized Sensitívities). Las más utilizadas son SENSE, mSENSE y ASSET, dependiendo de la casa comercial.
RESUMEN
Las técnicas TAP ofrecen: reducción importante de los tiempos de exploración, aumento de la resolución espacial, reducción de los depósitos SAR, corrección de artefactos de movimiento, geométricos y susceptibilidad magnética, y pueden asociarse a la mayoría de las secuencias. Las TAP más utilizadas son GRAPPA (entorno de espacio K), y SENSE y mSENSE (entorno de imagen).
Muy útiles en secuencias single shot, como TSE, HASTE y EPI.
Al estudiar tejidos muy heterogéneos es mejor usar GRAPPA, dado que los perfiles de sensibilidad son más complicados y difíciles. Cuando el plano de codificación de fase es perpendicular al plano de los elementos de la antena, usar SENSE.
Últimos avances en TAP
Hay que destacar varios desarrollos de las TAP.
Técnicas matriciales (TIM, Total Imaging Matrix) Formadas por un alto número de segmentos de antena y de canales de recepción alrededor del paciente son utilizadas para estudios de cuerpo entero, donde solventan los problemas de FOV que tienen las TAP, se puede usar el factor de aceleración (factor PAT) en los tres ejes del espacio, superando esta limitación de las TAP, además de poderse com-binar con ellas (SENSE, GRAPPA, SMASH, etc.)
Compress SENSE (compressed SENSE, hyper-SENSE y compressed SENSING)
Última evolución de técnicas de adquisición rápida de datos, consistente en el submuestreo incompleto y aleatorio del espacio K, con uso de algoritmos de compresión de señal, (dominios Wavelet, usados en fotografía: JPG), y con reconstrucciones iterativas balanceadas. El proceso comienza distribuyendo datos en el espacio K densa y decrecientemente, desde el centro hacia la periferia del mismo. Se produce un alto ahorro de tiempo dado que el relleno parcial del espacio K, con submuestreo aleatorito y ocupa-ción máxima del centro y mínima de la periferia, reduce el tiempo considerablemente. Continúa el proceso con una imagen artefactada de forma difusa que se comprime dentro de un entorno Wa-velet, (algoritmos de compresión de archivos tipo JPEG), y se elimina el artefacto. Estos datos pasan de nuevo a relleno de espacio K (reconstrucción iterativa), y el resultado se compara con la primera imagen creada, repitiendo este proceso hasta que sean idénticas (fig. 6. 39). Así es el proceso de esta técnica con grandes ventajas respecto a TAP con-vencionales, ya desarrolladas y comercializadas por las grandes marcas como, General Electric (Hy-perSense), Siemens (Compressed Sensing) y Philips (Compressed SENSE). Este último desarrollo de técnicas adquisición (C-SENSE), supera claramente a las TAP conven-cionales mejorando los tiempos de secuencia entre un 20-50%. También aumenta tanto la resolución espacial como SNR y disminuye artefacto por movimiento (en la dirección de fase), y el SAR del paciente. Como inconvenientes esta técnica no es aplicable a secuencias EPI, espectroscopia, o se-cuencias de reconstrucción no-cartesiana, además de necesitar largos tiempos de reconstrucción en secuencias 3D y 4D.
El factor de aceleración, en C-Sense dependerá de SNR de la secuencia, pudiéndose aplicar mayor factor a secuencias 3D y 4D que a 2D. También de-penderá si tiene módulo de saturación grasa (este disminuye dicho factor, por tener menor SNR).
Últimos avances de secuencias y otras aplicaciones
Existen nuevas secuencias que controlan el llenado del espacio K mediante señales, ecos de navega-ción, que provienen de la zona de estudio. Esta señal queda monitorizada y a partir de ella se cap-turan, o no, los ecos producidos para formar la ima-gen. Un ejemplo de estas secuencias es PACE, con respiración libre donde se controla el movimiento diafragmático con un navegador, «eligiendo» los ecos que llenarán el espacio K y, por tanto, formarán la imagen.
Ejemplo de secuencias: turbo FLASH (Fast Low Angle Shot) PACE 2D (T1), HASTE 2D PACE (T2) o 3D TSE PACE.
Otras secuencias con ecos guía del área o ecos rastreadores son los Care bolus o Bolus track o Fluoro trígger. Son secuencias EG diseñadas para estudios vasculares con denominaciones que difieren de-pendiendo de la casa comercial y cuya función es la de activar la secuencia, 3D EG TOF (Time Of Flíght). Cuando supera cierto nivel de intensidad o umbral, el operador obtiene información de la localización del contraste, activando la secuencia en el punto deseado.
Técnicas K-T BLAST (Broad-use Linear Acquisition Speed up Technique)
Esta técnica prevé valores que presentará en un determinado momento en cada vóxel a través de imágenes de baja resolución. Existe una relación entre el espacio K y el tiempo por eso la denominación K-T. Esta estimación será más acertada a medida que el movimiento de la estructura a estudiar sea lo más uniforme posible, con lo que aumenta el factor de aceleración. La información se transmite al software del sistema que los procesa, y genera imágenes de alta definición. Estas técnicas pueden ser: K-T BLAST y K-T SENSE, K-T asociado a técnica SENSE. Permiten imágenes de alta resolución (AR) en tiempos mínimos, por ejemplo: 35 imágenes de AR de 2 x 2 mm en 1 segundo. Su aplicación principal son estudios cardíacos con RM (fig. 40).
Figura 40. Imagen con técnicas de aceleración K-T-BLAST
Estas técnicas solo se usan con estructuras en movimiento y no sirven para estudios vasculares.
SECUENCIAS DE ÚLTIMA GENERACIÓN
Los últimos avances en secuencias están basados en la combinación de los diferentes llenados del espacio K, con técnicas TAP y con secuencias eco de gradiente rápidas. Aparte de las tecnologías ya mencionadas, como TAP o K-T BLAST, existen diferentes secuencias como: BLADE (Siemens), PROPE-LLER (General Electric), MULTIVANE (Philips), las cuales usan tecnología PROPELLER, que se basan en el llenado radial del espacio K (fig. 6.41). Se utilizan con el fin de anular los artefactos por movimiento. Estas secuencias están indicadas en pacientes pediátricos y adultos de difícil manejo sin sedación.
Figura 41. Imágenes TSE T1 sin tecnología PROPELLER (A) y con técnica PROPELLER (B). PROPELLER T2
CAIPIRINHA (fig. 42), es una técnica de reconstrucción que permite mayores factores de aceleración, VIBRANT (General Electric) secuencia EGR con saturación espectral de la grasa con factor de aceleración (ASSET) y filtros para estudio de mama (fig. 43).
FIGURA 42 Imágenes con técnica CAIPIRINHA de aceleración de adquisición de imágenes. A) Secuencia 3D VIBE FS sin CAIPIRINHA, 25 segundos. B) 3D VIBE FS con CAIPIRINHA x 2, 14 segundos. C) 3D VIBE FS con CAIPIRINHA x 4,7 segundos.
FIGURA 43 Imágenes de secuencia VIBRANT con saturación grasa en alta definición. Diferentes saturaciones: agua (A), grasa (B), fase (C) y fase opuesta (D).
Otras, como WATS (Philips) y VIEWS (Siemens), son nuevas técnicas de anulación de la señal grasa por excitación del agua. LAVA (General Electric) secuencia EGR para estudio de hígado en personas con mínima apnea aportando diferentes contrastes por cada TR, disponibles en las últimas versiones. Cabe mencionar últimos desarrollos como secuen-cias MAGIC (MAGnetic resonance Image Compila-tion), con imágenes en diferentes contrastes en una secuencia (Ti, T2, DP, FLAIR y STIR) con tiempos de exploración mínimos (6 min), útiles para pacientes pediátricos o claustrofóbicos (fig. 6.44) Secuen-cias APT (Amide Protón Transfer), que usa pulsos de saturación para detectar proteínas móviles y péptidos, útiles para valoración de tumores de alta celularidad y enfermedades que desnaturalicen proteínas (enfermedad desmielinizante).
FIGURA 6.44 Imágenes de secuencia MAGIC con diferentes ponderaciones en una única adquisición (Ti, T2, DP, FLAIR y STIR).
El desarrollo de las secuencias está fundamen-tado en la constante reducción de los tiempos de exploración, basada en el desarrollo de la tecnología de bobinas, de más elementos y más canales y nue-vos materiales, así como la evolución del hardware y software de los equipos, pudiendo así reducir los tiempos de exploración, aumentando la comodidad de usuarios y mejorando el rendimiento.
RESUMEN
Los fundamentos de las secuencias básicas SE y EGR, se han expuesto de manera sencilla, así como los tiempos de llenado del espacio K, y su influencia en la reducción del TA. Finalmente, se explican de manera breve las técnicas más avanzadas, en relación con uso de la última tecnología de las antenas. El conocimiento de las secuencias es importante para el técnico con el fin de realizar un trabajo más eficiente.
ABREVIATURAS Y ACRÓNIMOS
2D: Dos dimensiones.
3D: Tres dimensiones.
CM: Campo magnético.
DP: Densidad protónica.
EG: Eco de gradiente.
EGR: Eco de gradiente rápido.
EPI: Secuencia ecoplanar.
ETL: Longitud de tren de ecos.
FA: Flip angle (ángulo de inclinación), a°.
FID: Caída de la inducción libre.
FT: Factor turbo.
GD: Gadolinio.
GRASE: Secuencia hibrida eco de gradiente eco de espín.
TE: Tiempo de eco.
TI: Tiempo de inversión.
TR: Tiempo de repetición.
TSE: Eco de espín turbo.
IR: Inversión recuperación.
LCR: Líquido cefalorraquídeo.
Mxy: Componente transversal XY.
Mz: Componente longitudinal z.
RF: Radiofrecuencia o pulso de radiofrecuencia.
SE: Eco de espín.
SINOP: Tipo de técnica.
SS: Steady state (estado estacionario).
Ti: Tiempo relajación Ti.
T2: Tiempo relajación T2.
F/FO: Fase y fase opuesta.
T2*: Tiempo de relajación T2*.
TA: Tiempo de adquisición.
TAP o PAT: Técnicas de adquisición en paralelo.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE:
De respuesta al siguiente cuestionario y remita sus respuestas por correo a: actividades@consejomexicanodeneurociencias.org
1. ¿Por qué se caracterizan las secuencias de la familia eco de espín?
a. Por el uso de pulsos de RF de 90° y 180°.
b. Por la rapidez de los tiempos de adquisición.
c. Por el uso de un FA menor de 90°.
d. Solo tienen ponderaciones T2*.
e. Todas son falsas.
2 ¿Qué ponderación en imagen tienen las secuencias SS-SE y HASTE)?
a. Fuerte ponderación en Ti.
b. Fuerte ponderación en T2 indicadas en estudios de estructuras con líquido.
c. Ponderaciones en densidad protónica y T2.
d. Posee una ponderación que es T2/T1. e. Todas son verdaderas.
3. ¿Qué particularidad tienen las secuencias STIR?
a. Son secuencias extremadamente rápidas.
b. Anulación de la señal de líquido; técnica indicada para estudios del sistema nervioso central por su capacidad de anulación de la señal del LCR.
c. Anulación de la señal de la grasa y de tejidos con TI similares.
d. Este tipo de secuencias son de primera elección en estudios con gadolinio.
e. La a y c son correctas.
4. Las secuencias EG, reducen su TR, debido a:
a. El uso de varios pulsos de frecuencias de 90° y 180°.
b. El uso de un pulso igual o inferior de 90°, además de gradientes bipolares.
c. El uso de pulsos mayores de 180° y gradientes bipolares
d. El uso de gadolinio para acortar los Ti de los tejidos.
e. Ninguna es correcta.
5. ¿Qué es el estado estacionario (Steady State)?
a. Es el estado en el que, tras pulsos de excitación con TR ultra-cortos, coexisten las componentes longitudinal (Mz) y trans-versal (Mxy), previo a un nuevo pulso.
b. Es el estado en el que, tras pulsos de excitación con TR largos, coexisten las componentes longitudinal (Mz), y transversal (Mxy), previo a un nuevo pulso.
c. Es el estado al que llega el electrón tras la estimulación por RE
d. Estado latente del imán superconductivo.
e. Estado del espín tras dos pulsos de 180°.
6. La técnica SENSE pertenece a una de las familias de las TAP, ¿a qué familia pertenece?
a. A familia TAP basada en el medio de la imagen.
b. A familia TAP basada en el medio del espacio K.
c. A nuevas técnicas matriciales como TIM
d. b y c son correctas.
e. Todas son falsas.