Imagen por Resonancia Magnética

La resonancia magnética nuclear de protón (NMR) detecta la presencia de hidrógenos (protones), sometiéndolos a un gran campo magnético para polarizar parcialmente los espines nucleares, a continuación, excitar los espines con radiación de radio frequency (RF) correctamente sintonizada, y luego la detección de la radiación de radio frecuencia débil de los protones, cuando se "relajan" de esta interacción magnética. La frecuencia de esta "señal" de protón es proporcional al campo magnético al que están sometidos durante este proceso de relajación. En la aplicación médica conocida como imagen de resonancia magnética (MRI), se puede hacer una imagen de una sección transversal de tejido, mediante la producción de un gradiente de campo magnético bien calibrado a través del tejido, para que un cierto valor de campo magnético puede estar asociada con una ubicación dada del tejido. Puesto que la frecuencia de la señal de protones es proporcional a ese campo magnético, una frecuencia de señal de protones dada, puede ser asignada a una ubicación en el tejido. Esto proporciona la información para mapear el tejido en términos de los protones allí presentes. Puesto que la densidad de protones varía con el tipo de tejido, se inyecta una cierta cantidad de contraste, para mapear la imagen de los órganos y otras variaciones del tejido en el cuerpo del sujeto.

Puesto que la resonancia magnética utiliza la NMR de protón, refleja pues la concentración de protones. Muchos de esos protones son protones del agua, por lo que la RMI es especialmente adecuada para la obtención de imágenes de tejidos blandos, como el cerebro, los ojos, y otras estructuras de tejido blando en la cabeza, como se muestra a la izquierda. El hueso del cráneo no tiene muchos protones, por lo que aparece oscuro. También la imagen de las cavidades aparecen como regiones oscuras. Según la evaluación de Bushong, alrededor del 80% de los átomos del cuerpo son átomos de hidrógeno, por lo que la mayor parte del cuerpo tienen una abundancia de fuentes de señales de NMR de hidrógeno que conforman la imagen por resonancia magnética.

El esquema de abajo puede ayudar a visualizar el proceso de formación de imágenes. Se presume que hay dos regiones de la muestra que contienen hidrógenos suficientes para producir una fuerte señal de NMR. El dibujo superior visualiza un proceso de NMR, con un campo magnético constante aplicado a toda la muestra. La frecuencia spin-flip del hidrógeno, es entonces la misma para todas las partes de la muestra. Una vez excitado por la señal de RF, los hidrógenos tenderá a volver a sus estados más bajos en un proceso llamado "relajación", y vuelven a emitir radiación de RF a su frecuencia de Larmor. Esta señal es detectada como una función del tiempo, y luego se convierte en intensidad de señal en función de la frecuencia, por medio de una transformación de Fourier. Dado que los protones en cada una de las áreas activas de la muestra, está sometidos al mismo campo magnético, producirán la misma frecuencia de radiación y la transformada de Fourier de la señal detectada, tendrá sólo un pico. Este pico único, demuestra la presencia de átomos de hidrógeno, pero no da información para localizarlos en la muestra.

La información sobre la ubicación de los átomos de hidrógeno se puede conseguir mediante la adición de un campo de gradiente calibrado, a través de la región de la muestra como se muestra en el dibujo inferior de arriba. Con un campo magnético aumentando a medida que se mueve a la derecha a través de la muestra, la energía spin-flip y por lo tanto la frecuencia de la señal emitida, aumenta de izquierda a derecha. Cuando es excitada por un transmisor de RF, la señal emitida contiene diferentes frecuencias para las dos áreas de concentración de protones. Estas frecuencias pueden ser separadas por medio de la transformada de Fourier, y el ejemplo da dos regiones diferentes de frecuencia, para las dos áreas de la muestra. Este es el principio del proceso de localización de los átomos de hidrógeno. En el boceto, sólo los ubica a lo largo de la dirección horizontal, sin dar ninguna indicación de que están a diferentes alturas.

Cuando se utiliza un gradiente de campo giratorio, se recoge la información de posición lineal a lo largo de un número de direcciones diferentes. Esa información puede combinarse para producir un mapa de dos dimensiones de las densidades de protones. Las señales de protones de la NMR son bastante sensibles a las diferencias en el contenido de protones, que son características de los diferentes tipos de tejido. A pesar de que la resolución espacial de la MRI no es tan grande como una película convencional de rayos X, su resolución de contraste es mucho mejor para los tejidos. El escaneo rápido y la reconstrucción por ordenador, dan imágenes de los órganos bien resueltas.