08-03 Secuencias eco de gradiente

Un enfoque completamente diferente a las secuencias espín-ecó rápidas fue mo­di­fi­car el primer pulso de excitación, lo que redujo el tiempo necesario para ad­qui­rir imágenes en entornos clínicos. El nombre genérico de estas secuencias es eco de gradiente, EG, (en inglés: gradient echo, GE, o, mejor, gradient-recalled echo, GRE) y, según cada fabricante, pueden tener una gran cantidad de siglas diferentes. En el Capítulo 6 se incluye una descripción básica de las secuencias EG.

La primera secuencia de esta familia fue presentada en 1986 por Axel Haase y colaboradores, y se denominó FLASH [⇒ Haase]. La secuencia FLASH (Fast Low Angle Shot) es una secuencia de recuperación de la saturación con un tiempo de repetición corto (TR <200 ms), un ángulo de inclinación bajo (<90°), y un eco de gradiente de refase.

La aplicación de diferentes ángulos de inclinación diferentes a 90° y 180° su­pu­so el fin de los tiempos de adquisición elevados, basados en la creencia de que el T1 era el factor de tiempo limitante de la IRM. La razón para utilizar un án­gu­lo de inclinación bajo se ilustra en la Figura 08-05.

Figura 08-05: Funcionamiento de (a) una secuencia de pulsos estándar, en comparación con (b) una secuencia rápida de imagen del tipo FLASH. En ambos casos, la magnetización neta en equilibrio está en el eje z. En la secuencia estándar, el pulso de 90° inclina la mag­ne­ti­za­ción en el plano x'-y', no quedando nin­guna componente longitudinal. En la secuencia FLASH, se utiliza un án­gu­lo de inclinación α <90°, que divide la mag­ne­ti­za­ción en dos componentes (trans­ver­sal y longitudinal). (c) En el ejemplo, el ángulo α es igual 30°. Esto implica una reducción de la com­po­nen­te longitudinal al 87%, mientras que la magnetización transversal es del 50%. El ángulo de inclinación que maximiza la se­ñal es el ángulo de Ernst.

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Cuando se aplica un ángulo de 90°, toda la magnetización longitudinal (eje z) pasa al plano transversal (plano x'-y'), mientras que con un ángulo de 30°, la cantidad de la magnetización transversal se reduce a la mitad (sin 30°), pero to­da­vía se tiene un 87% de la magnetización en el eje z (cos 30°). Esta mag­ne­ti­za­ción en el eje z se recuperará según el T1 durante el intervalo entre pulsos de ex­ci­ta­ción. Sin embargo, como el TR es corto en las secuencias FLASH, la mag­ne­ti­za­ción residual en el eje Z dejada por el pulso anterior se aprovecha y aumenta significativamente la señal después del siguiente pulso de RF.

Para un tiempo de repetición dado, el ángulo de inclinación que maximiza la señal (ángulo de Ernst [⇒ Ernst]) se puede calcular mediante la siguiente ex­pre­sión:

ángulo de Ernst = cos^-1 [exp (-TR / T1)]

donde TR es el tiempo de repetición y T1 el tiempo de relajación espín-red.

La Figura 08-06 resume las principales diferencias entre las secuencias espín- eco y las eco de gradiente (FLASH).

En el caso de las eco de gradiente, pero a diferencia de las espín-eco, las in­ho­mo­ge­nei­da­des del campo magnético no se compensan, y por tanto deben uti­li­zar­se TE cortos para tener imágenes de alta calidad. Esto descarta la posibilidad de aumentar el tiempo de eco para potenciar el contraste T2. Otra manera de re­du­cir los efectos de la inhomogeneidad de campo es utilizar vóxels de reducido tamaño ya que esto limita el desfase que se produce en el interior del voxel.

Para reducir los tiempos de eco, es necesario conmutar los gradientes de for­ma relativamente rápida y mantenerlos estables durante un tiempo de­ter­mi­nado. La utilización de los gradientes hace que se requiera menos energía para crear un eco en comparación con la utilización de pulsos de 180°. Por lo tanto, la acumulación de energía en el cuerpo del paciente se reduce, lo cual es una ven­ta­ja importante de estas secuencias. Sin embargo, también hay un gran número de desventajas que han hecho que las secuencias FLASH no hayan reemplazado por completo a las espín-eco.

Debido al TR más corto, las secuencias FLASH reducen no sólo el tiempo de exploración, sino también el número de cortes que se pueden adquirir. El TR óp­ti­mo tiene que ajustarse para un número de cortes definido y para otros factores como la duración de una apnea en imágenes abdominales o el ritmo cardíaco en imágenes cardíacas. Cuando disminuye el tiempo de exploración, los artefactos de movimiento tienden a reducirse, mientras que los artefactos de flujo au­men­ta­rán ya que la diferencia de la intensidad de señal entre la sangre y tejido esta­ci­ona­rio se acentúa más en TR cortos.

Esta característica puede aprovecharse en secuencias de cine (basadas en FLASH) donde se adquieren 8-32 líneas del mismo corte durante un ciclo car­dí­aco, y la secuencia se va repitiendo para cada codificación de fase para producir 8-32 imágenes cada una de las cuales representa una etapa diferente del ciclo car­dí­aco. Las imágenes se presentan en forma de película que muestra la función cardíaca.

Figura 08-06:
Diagramas de pulsos en (a) una secuencia estándar en comparación con (b) una secuencia rá­pi­da tipo FLASH.
(a) En la secuencia espín-eco, el eco se genera mediante un pulso de 180°. Esto implica retardos de tiempo relativamente largos y la acumulación de energía en la muestra de estudio. Debido a la dependencia del TR en el T1, el TR tiene que ser relativamente largo.
(b) En la secuencia FLASH, cualquier ángulo de inclinación se puede utilizar tras el pulso inicial de 90°. El eco se formará utilizando variaciones de los gradientes, hecho que aumenta la ve­lo­ci­dad y supone la acumulación de menos energía, a la vez que acorta el TR y el TE.
SE = spin echo = espín-eco; GRE = gradient (recalled) echo = eco de gradiente, EG.

08-03-01 Magnetización transversal residual

Cuando el TR en una secuencia FLASH se reduce hasta que TR < T2, la relajación de los espines se ve afectada. Esto es debido a la presencia de magnetización trans­ver­sal [⇒ Freeman]. Su aprovechamiento o su supresión constituyen la base de varias secuencias de imágenes rápidas basadas en FLASH.

Para entender por qué se produce la magnetización transversal residual, es ne­ce­sa­rio partir de una secuencia espín-eco convencional y cambiar ligeramente su funcionamiento. Después de un pulso de 90° los espines comienzan a desfasarse. Después de un tiempo τ se aplica un pulso 180°, y el vector de magnetización co­mi­en­za a refasarse para formar un eco a un tiempo τ tras la aplicación del pul­so. Este modelo es muy útil, ya que refleja con claridad la formación de una ima­gen espín-eco. Sin embargo, no es tan fácil de visualizar el efecto de pulsos <180°.

Estos pulsos <180° también forman ecos de espín. Cuando el ángulo de in­cli­na­ción no es igual a 180°, la amplitud de los ecos se reduce en comparación con la producida por un pulso reenfoque de 180°. Además de la componente de mag­ne­ti­za­ción en el eje z, hay también presencia de magnetización transversal. La señal recibida se compone de las contribuciones que aporta la magnetización transversal y una componente de eco, que es la suma de todos los ecos posibles derivados de utilizar repetidos pulsos <180°.

Mediante la manipulación de estos parámetros, se pueden definir tres tipos de secuencias:

Refocused FLASH (también conocidas como FFE, FISP, FAST, GRASS, ROAST). Estas secuencias se basan en medir la señal después del pulso de RF, lo que corresponde a la combinación de la magnetización transversal y la com­po­nen­te del eco [⇒ Frahm; ⇒ Sekihara]. Tienen una buena relación señal-ruido, pero generalmente el contraste es bastante pobre. La sangre proporciona mucha señal, ya que los núcleos que entran en el corte tendrán magnetización de equilibrio (M₀) en lugar de la magnetización del tejido estacionario (típicamente del 10% del M₀).

Contrast-Enhanced (CE-) FLASH (también conocidas como CE-FFE, PSIF, SSFP). Estas secuencias se basan en medir la componente del eco [⇒ Hawkes]. Para evitar la contaminación de la magnetización después de pulso de RF, la componente del eco se mide antes del pulso de RF en forma de eco de gradiente. Las secuencias CE-FLASH proporcionan un buen contraste T2, pero re­la­ti­va­men­te poca relación señal-ruido. Acortar el TR mejora la relación señal-ruido, pero también reduce el contraste. En general no existen artefactos de flujo puesto que la sangre fluye fuera del corte durante el intervalo del TR y por lo tanto los espines no pueden reorientarse para generar señal.

Spoiled FLASH. Este tipo de secuencia de pulsos se basa en utilizar sólo la mag­ne­ti­za­ción trasversal. La com­po­nen­te de eco residual se elimina (spoiled) uti­li­zan­do técnicas basadas en gradientes o modificando la fase. Cuando se utiliza un ángulo grande de inclinación, la secuencia spoiled FLASH proporciona buen contraste T1.

Otras variantes de las secuencias de FLASH son la secuencia FADE [⇒ Redpath] y la secuencia FISP [⇒ Oppelt].

La secuencia FADE combina las secuencias Refocused y CE-FLASH en una so­la secuencia en la que las dos señales resultantes se observan en períodos de ad­qui­si­ción separados durante intervalo entre pulsos. Por lo tanto, el TR mínimo es más largo, pero la secuencia es más eficiente porque se obtienen dos imágenes con un contraste diferente.

La secuencia FISP está diseñada para superponer las dos señales que se ad­qui­e­ren por separado con FADE para dar una única señal con excelente relación señal-ruido. Desafortunadamente, la secuencia no es práctica, ya que, a menos que las dos imágenes están perfectamente alineadas, aparecerán artefactos [⇒ van Vaals].

Vale la pena señalar que el acrónimo FISP se utiliza para referirse a dos di­fe­ren­tes secuencias (es decir, la propia secuencia y la refocused FLASH). Una mo­di­fi­ca­ción de la secuencia refocused FLASH con la utilización de los tres gra­di­en­tes se conoce como TrueFISP (y también como Balanced FFE). Esta secuencia tiene una gran utilidad en imagen cardíaca.

Una descripción general de los acrónimos y abreviaciones se puede encontrar en la Lista de Abreviaciones.

Un comentario sobre la terminología, los contenidos, los acrónimos
y abreviaturas en la resonancia magnética:
Sopa de letras – Alphabet Soup

08-03-02 Secuencias eco de gradiente ultra-rápidas

Las continuas mejoras permiten programar secuencias FLASH muy rápidas (con TR en el intervalo de 4-10 ms) para producir imágenes en segundos o in­clu­so en menos de un segundo. Estas secuencias son, por ejemplo, las que se utilizan en imagen abdominal de un solo corte. Permiten que el paciente aguante la re­spi­ra­ción y por tanto minimizan los posibles artefactos fantasma y la borrosidad causada por el movimiento respiratorio.

En la secuencia básica snapshot FLASH, no se utilizan gradientes de de­struc­ción ni aprovechamiento de la magnetización, sino que se utiliza un ángulo de inclinación muy bajo que corresponde al ángulo de Ernst para cada TR. Así, se genera poca o nula magnetización y las imágenes resultantes están potenciadas fundamentalmente en densidad protónica. Para mejorar el contraste en estas imá­ge­nes, se puede utilizar un pulso de preparación. Su función es preparar la magnetización en el eje z antes de iniciar la exploración [⇒ Haase]. Los tiempos de exploración para matrices de 128×128 varían entre 0,5 y 1,0 segundos en equi­pos clínicos.

Las principales aplicaciones de las secuencias snapshot FLASH se centran en la imagen abdominal, estudios cardíacos y funcionales (dinámicos) que utilizan agen­tes de contraste. En los dos primeros casos, otras técnicas conllevan ar­te­fac­tos de movimiento o tiempos de exploración largos cuando se aplican técnicas de monitorización. En estudios dinámicos, los requerimientos en términos de resolución temporal (1-3 segundos) implican el uso de estas las secuencias snap­shot FLASH si se desean obtener imágenes con una resolución aceptable (128 × 128).

Las exploraciones estándar 2D de cabeza tienen más calidad cuando se uti­li­zan secuencias espín-eco estándar o RARE ya que los artefactos de mo­vi­mi­ento no son un problema considerable en este región anatómica. Sólo cuando se re­qui­e­ren secuencias con alta sensibilidad al movimiento (secuencias de difusión) es necesario utilizar secuencias ultra-rápidas.