l campo magnético de un sistema de RM se puede generar mediante diferentes sistemas de imanes: permanentes, resistivos y superconductores. Cada uno de ellos presenta características diferentes y se utilizan de diferentes maneras.
Existe un cuarto tipo de imán híbrido, que reúne características de imanes permanentes y resistivos.
Ciertas aleaciones poseen propiedades ferromagnéticas. Un imán constituido por este tipo de materiales tiene la ventaja de no necesitar energía para mantener la intensidad de campo. Del mismo modo no necesita refrigeración porque no hay disipación de energía y tiene campos marginales limitados en comparación a otros sistemas de imán. Los costos de capital y operacionales de los imanes permanentes son bajos.
Una de las desventajas es el peso de estos sistemas para la obtención de imágenes de cuerpo entero, aunque el desarrollo de nuevas aleaciones ha permitido reducir el peso de los sistemas con imanes permanentes de 100 a menos de 20 toneladas. Otro inconveniente en los sistemas de imanes permanentes es la intensidad de campo que son capaces de generar, que parece limitada en el momento actual a 0,3 T para la adquisición de imágenes, operando la mayoría en torno a los 0,2 T.
Muchos imanes permanentes tienen un campo magnético vertical que los diferencia de algunos sistemas resistivos y la mayoría de los superconductores con campos horizontales (Figura 03-05). La dirección del campo tiene un impacto en la utilización de determinadas bobinas transmisoras y receptoras.
Estos sistemas de imán pueden diseñarse de diferentes formas, desde la forma de un templo griego a la forma en C de un sistema abierto. En este caso, el campo lo producen ladrillos de cerámica magnetizados; el exterior está compuesto de hierro que ofrece apoyo estructural al sistema, confina el campo marginal y, por lo tanto, aumenta la intensidad del campo magnético. La intensidad de campo de los imanes permanentes puede resultar afectada por la temperatura del ambiente, por lo cual es necesaria la presencia de aire acondicionado que mantenga estable la temperatura en el cuarto donde se encuentra el imán.
Figura 03-05:
Arriba: Ilustración esquemática de un imán permanente.
Abajo: Versión comercial de un equipo permanente de campo bajo.
Los sistemas resistivos (electromagnéticos) consisten básicamente en una bobina o una colección de bobinas a través de las cuales pasa una fuerte corriente eléctrica. Si estas bobinas se colocan en una geometría adecuada se puede crear un campo magnético homogéneo, tal como se muestra en las Figuras 03-01 y 03-06.
Estos sistemas requieren un alto consumo de energía (por ejemplo, una unidad de 0,1 T consume alrededor de 20 kW) y generan una gran cantidad de calor, por lo que necesitan sistemas de refrigeración de gran capacidad.
En la práctica, el límite superior de campo para imanes de gran diámetro es alrededor de 0,7 T, pero por lo general el límite para máquinas disponibles comercialmente es de 0,3 T. Existen campos marginales alrededor de estos sistemas (ver Figura 18-04)). Típicamente su peso no supera las 5 toneladas, son los más ligeros de todos los sistemas para la IRM. Los imanes resistivos tienen la ventaja de que pueden ser apagados cuando no están en uso o durante las emergencias.
Figura 03-06:
Cortes a través de dos tipos de electroimanes resistivos en forma de túnel. Las cuatro lazadas de alambre que crean el campo magnético estático pueden arreglarse de forma (a) paralela o (b) perpendicular a la mesa del paciente; la orientación perpendicular (de cabeza a pies) es la más común.
Algunas empresas han desarrollado imanes de cuerpo entero que son híbridos entre sistemas permanentes y resistivos. Se trata de electroimanes con núcleo de hierro en los que la energía magnética del imán resistivo se concentra en el espacio entre las piezas polares de hierro (Figura 03-07). Estos sistemas alcanzan intensidades de campo de hasta 0,4 T. Su peso suele variar en un rango entre 10 y 15 toneladas. Los sistemas de campos ultra-altos utilizados en investigación pueden ser híbridos entre sistemas superconductores y resistivos.
Figura 03-07:
Los imanes híbridos combinan imanes permanentes con electroimanes. Su consumo de energía es alto, pero la intensidad de campo puede aumentarse en comparación con los sistemas de imanes permanentes o puramente resistivos. Los imanes híbridos también se han descrito como electroimanes con "núcleo de hierro".
Cuando ciertas aleaciones son enfriadas a temperaturas cercanas al cero absoluto muestran una reducción drástica en su resistencia a la corriente eléctrica: se convierten en superconductoras. Así, cuando las aleaciones superconductoras se colocan en helio líquido (a temperaturas por debajo de un valor crítico de entre -263° C y -269° C o 4 a 10 K), altas corrientes pueden conducirse por una bobina construida de esa aleación y se puede producir un campo magnético extremadamente estable de intensidad de campo muy elevada.
El diseño original de los imanes superconductores requería la presencia de un sistema de enfriamiento doble utilizando nitrógeno líquido como líquido criogénico en un primer contenedor (dewar o criostato) y helio líquido en un segundo dewar interno (Figura 03-08). Recientemente, estos sistemas han sido reemplazados por otros con un solo dewar que utilizan un refrigerador (cryo-cooler).
Cuando se carga con corriente, el imán superconductor no utiliza prácticamente energía eléctrica pero consume líquidos criogénicos. El helio debe ser recargado, lo cual es costoso, o bien ser repuesto a través de un compresor conectado al sistema de RM que devuelve las sustancias criogénicas a su estado líquido. El precio del helio se cuadriplicó o más entre 2008 y 2013; aumentando así los costos de operación de la IRM. Entre tanto, existen ofertas comerciales de equipos de diámetro pequeño con campos ultra-altos para uso con animales. Estos utilizan imanes que no requieren enfriamiento con helio sino solamente una refrigeración (cryo-cooler) estándar de baja temperatura. Sistemas de cuerpo entero con estas características se están desarrollando.
Los imanes superconductores generan grandes campos marginales y suelen estar aislados de forma que el entorno quede protegido.
Figura 03-08:
Arriba: Ilustración esquemática de un sistema de IRM superconductor.
El campo magnético se produce cuando la corriente eléctrica pasa a través del circuito de alambres enfriados por el helio líquido que los rodea. La energía eléctrica se desconecta una vez el sistema se ha cargado y opera a la intensidad de campo deseada. Las máquinas más recientes ya no requieren un contenedor con nitrógeno.
Abajo: Versión comercial de un equipo de IRM superconductor con campo ultra- alto (3 Tesla). Una cámara circular de 70 cm de diámetro es el estándar mínimo común.
Las limitaciones físicas de la intensidad de campo para los imanes superconductores aún no se han establecido. Para la formación de imágenes se han utilizado sistemas pequeños y de cuerpo entero de hasta 9,4 T; para fines científicos de espectroscopia e imaginería se han desarrollado máquinas con campos de hasta 14,1 T — la intensidad de campo de las nuevas máquinas continua aumentando. Para estos propósitos sólo se pueden utilizar imanes superconductores [⇒ Moser 2017].
El campo magnético de un imán superconductor puede ser descargado cuando la bobina pierde su superconductividad accidentalmente. Esto crea un aumento repentino de la temperatura que, a su vez, calienta los gases licuados del refrigerante. En esta situación los gases empezarían a hervir, aumentando su volumen y liberando helio. Este incidente es conocido como quench (véase también el Capítulo 18).
Por lo general no se producen daños permanentes en el imán pero tiene que volverse a llenar con helio, para así lograr el enfriamiento suficiente para la superconductividad, un proceso que puede durar varios días.
Material para alambres y bobinas. Hasta hace poco, las bobinas para los sistemas de imán superconductor se hacían con niobio-titanio (NbTi). En los últimos años, se han desarrollado nuevos materiales superconductores que permiten que la superconductividad ocurra a temperaturas más altas (hasta de 100 K).
Sin embargo, la mayoría de materiales nuevos eran quebradizos e inadecuados para la producción de alambre (y por lo tanto de imanes). Además, muchos de los materiales pierden su superconductividad en presencia de campos magnéticos fuertes.
Entretanto, alambres y bobinas usando diboruro de magnesio (MgB2) pudieron producirse comercialmente, eliminando así la necesidad del helio líquido y la posibilidad de un quench [⇒ Bud’ko 2015].
Estos conductores nuevos trabajando a 20 K permiten la producción de sistemas de RM superconductores abiertos de fácil acceso que operan a 0,5 Tesla con un desempeño igual al de los equipos de campo alto [⇒ Marabotto 2006]. Las ventajas de estos nuevos sistemas son calidad de diagnóstico superior, costo más bajo, costos de mantenimiento más bajos, posibilidad de obtener imágenes en cualquier posición (acostado, parado, sentado, agachado), facilidad de instalación y operación, eliminación de la claustrofobia, poco ruido y, en general, amigables para el paciente.
Este desarrollo es un gran reto para los equipos de campo alto existentes, en particular porque la calidad diagnóstica de los sistemas de campo medio ya había sido descrita como igual a la de los de campos altos, aún antes de la introducción de bobinas superconductoras de alta temperatura (ver también: Precisión diagnóstica).
La Tabla 03-02 resume las ventajas e inconvenientes de los distintos tipos de imán.
Tabla 03-02:
Propiedades de los distintos tipos de imán.
Los equipos de IRM pueden combinarse con la tomografía por emisión de positrones (TEP) en una máquina [⇒ Shao 1997]. No hay que confundir sistemas híbridos con sistemas híbridos TEP-IRM.
Los sistemas híbridos TEP-IRM pueden proporcionar información funcional y anatómica complementaria acerca de un órgano o sistema específico aún hasta un nivel celular, talvez incluso uno molecular. En la actualidad, los sistemas TEP-IRM son un trabajo en progreso enfocado a la investigación [⇒ Bashir 2015].
Las exigencias técnicas de tales sistemas híbridos son altas, en particular en lo que se refiere al arreglo de detectores de TEP y de IRM en una sola estructura.
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