03-02 Tipos de imanes

El campo magnético de un sistema de RM se puede generar mediante diferentes sistemas de imanes:

 imanes permanentes;
 imanes resistivos (electroimanes);
 imanes superconductores.

Existe un cuarto tipo, híbrido, que reúne características de imanes per­ma­nen­tes y resistivos.

03-02-01 Imanes permanentes

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.

Estos sistemas tienen 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 los 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 sistemas resistivos y superconductores con más campos horizontales (Fi­gu­ra 03-04). La dirección de campo tiene un impacto en la utilización de de­ter­mi­na­das bobinas transmisoras y receptoras.

Figura 03-04: Arriba: Ilustración esquemática de un imán per­ma­nen­te. 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 am­bi­en­to, por lo cual es necesaria la pre­sen­cia de aire acon­di­ci­o­na­do que mantenga estable la tem­pe­ra­tu­ra en el cuarto donde se en­cu­en­tra el imán. Abajo: Versión comercial de un equi­po permanente de campo bajo.

03-02-02 Imanes resistivos (electroimanes)

Los sistemas resistivos 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 03-05. 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 tanto ne­ce­si­tan sistemas de refrigeración de gran capacidad.

Figura 03-05: Cortes a través de dos tipos de elec­tro­ima­nes resistivos en forma de túnel. Tal como se mostró en la Figura 03-01, los imanes resistivos están compuestos comúnmente de cuatro lazadas de alam­bre que crean un campo magnético esta­ble. Pueden arreglarse de forma (a) paralela o (b) perpendicular a la mesa del paciente; la orientación perpendicular (de cabeza a pies) es más común.

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. 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.

03-02-03 Imanes híbridos

Algunas empresas han desarrollado imanes 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 03-06). Estos sistemas alcanzan intensidades de campo de hasta 0,4 T y son los más utilizados. Su peso suele variar en un rango entre 10 y 15 toneladas.

Figura 03-06: 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.

03-02-04 Imanes superconductores

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 el 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 muy elevada. El diseño básico de los imanes su­per­con­duc­to­res re­qui­e­re la presencia de un sistema de enfriamiento doble que uti­li­za nitrógeno líquido como líquido criogénico en un primer contenedor (dewar o criostato) y helio lí­qui­do en un segundo dewar interno (Figura 03-07).

Figura 03-07: 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 pa­ra IRM superconductor con campo ultra- alto. Una cámara circular de 70 cm de diá­metro es el estándar mínimo común.

Recientemente, estos sistemas han sido sustituidos por otros con un sólo crio­sta­to, 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 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.

Los imanes superconductores generan grandes campos marginales y suelen estar aislados de forma que el entorno quede protegido.

Las limitaciones de intensidad de campo para los imanes superconductores aún no se han establecido. Para la formación de imágenes se han utilizado sis­te­mas pe­que­ños de hasta 9,4 T y sistemas de cuerpo entero también de hasta 9,4 T y para la espectroscopía se utilizan campos de hasta 14,1 T – y la intensidad de campo de las nuevas máquinas continua aumentando. Para la espectroscopía in vivo y la imagen funcional sólo se pueden utilizar imanes superconductores de­bi­do a las altas in­ten­si­da­des de campo que son capaces de generar.

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 el Capítulo 18).

Por lo general no se producen daños permanentes en el imán pero tiene que vol­ver­se a llenar con helio, para así conseguir el enfriamiento suficiente para la su­per­con­duc­ti­vi­dad, proceso que puede durar varios días.

 Hasta hace poco, las bobinas para los sistemas de imán superconductor se hacían con niobio-titanio. 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 [artículo de revisión: ⇒ Bud’ko], eliminando así la ne­ce­si­dad del helio líquido y la posibilidad de un "quench". Estos conductores nuevos [⇒ Marabotto] 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.

Las ventajas de estos sistemas nuevos 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 – Capítulo 9).

La Tabla 03-02 resume las ventajas e inconvenientes de los distintos tipos de ima­nes.

Tabla 03-02: Propiedades de los distintos tipos de imán.

Sistemas Híbridos TEP-IRM. Los equipos de IRM pueden combinarse con la to­mo­gra­fía por emisión de positrones (TEP) en una máquina [⇒ Shao]. Tales sistemas híbridos 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 de in­ves­ti­ga­ción en progreso [⇒ Bashir]. 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.