Introducción a la mecánica cuántica
Antiguamente los físicos solo
tenían un forma de describir el comportamiento de la materia; la mecánica
clásica. Un ejemplo de esta física son las leyes de Newton las cuales pueden
saber con máxima precisión el comportamiento de un cuerpo con las variables
precisas.
Sin embargo a principios del
siglo XX se empezó a gestar la mecánica cuántica. Heisenberg enunció el
principio de incertidumbre según el cual no se puede conocer de manera
simultánea y precisa la posición y la velocidad de una partícula, por ejemplo
un electrón.
Tiempo más tarde otros físicos
desarrollaron la dualidad onda-partícula, donde se podía explicar el
comportamiento de una partícula mediante una onda. En 1926 Schrödinger propuso
la idea de interpretar al electrón como una onda que vibra alrededor del
núcleo. Nace así la mecánica ondulatoria. Según esta todos los sistemas
cuánticos se pueden definir mediante una función de onda, esta está definida
por una serie de números cuánticos como por ejemplo el spin (la propiedad que
nos interesa para la RNM) el cual sería una especie de giro sobre sí mismo de
la partícula.
Resonancia Magnética Nuclear
Fue descubierta en 1974 por Felix
Bloch y Edward Mills Purcell y las primeras imágenes clínicas con esta técnica
se obtuvieron en 1977.
Esta técnica utiliza unos imanes súper potentes y unas
frecuencias de radio (radiación electromagnética). El elemento más importante
de las IRNM (imágenes por resonancia magnética nuclear) son unos imanes fijos
con forma cilíndrica. La intensidad del campo magnético se mide en teslas. La
intensidad de los imanes de la RMN es de unos 3T (unas 100.000 veces más
intenso que el campo magnético de la Tierra). Estas grandes potencias se
consiguen.
Volviendo con los protones que se
ven afectados por el campo magnético. Estos se orientan con el campo magnético.
Además se pueden orientar de forma paralela (a favor del campo magnético) y de
forma anti-paralela (en contar de un campo magnética). Por otra parte, existe
una diferencia de energía entre las dos orientaciones siendo la orientación
paralela la de menor energía y por tanto, la más estable. La orientación
anti-paralela sin embargo requiere más energía. Así que, los protones tenderán
a estar en el estado de menor energía.
Finalmente entra en juego la última
parte del proceso. En la máquina de RNM hay unas bobinas capaces de emitir
ondas de radio frecuencia (no dañinas para el organismo) con una frecuencia
determinada. Ya que la parte del cuerpo que queremos estudiar tienen un
frecuencia de Resonancia (frecuencia de Larmor) y esta es fácil de calcular, la
máquina emite un fotón (onda de RF ya que es lo mismo) con la frecuencia
perfecta. Este fotón le mete un castañazo a nuestros mini-imanes (solo a los
que tienen la misma frecuencia que el fotón)
y el protón lo absorbe con gran facilidad. Ya que el fotón ha golpeado
al protón, este cambia su dirección de precesión hasta quedarse perpendicular
con el campo magnético (como una peonza cuando se va inclinando mientras gira
más rápido). Cuando la emisión de ondas cesa, los mini-imanes vuelven a su
estado de menor energía (precesando alrededor del campo magnético), emitiendo
así un fotón (con la misma frecuencia) el cual es captado por la máquina de
RNM.
El siguiente paso es utilizar otras
bobinas magnéticas (en las tres direcciones principales x,y,z) que tienen un
campo magnético diferente en los extremos (bobinas de gradiente). Haciendo así
que la frecuencia de resonancia no sea igual en la cabeza y en el pecho (por
ejemplo) permitiendo identificar así determinadas partes del cuerpo ya que los
átomos de estas partes tienen una frecuencia de resonancia particular.
En resumen; las peonzas del cuerpo se
alinean con el campo magnético súper-potente. Con el segundo campo magnético se
consigue que los mini-imanes de esa zona tengan una frecuencia de Larmor
diferente, permitiéndonos identificar la zona. Finalmente los fotones lanzados
ayudan a nuestras peonzas a tumbarse por un periodo de tiempo; cuando la RF
cesa, las peonzas vuelven a girar de manera normal (estado de menor energía) y
emiten un fotón (de la misma frecuencia) que se capta por la máquina.
Obtención
de las imágenes
Toda esta información se envía a un
ordenador generando así imágenes consecutivas de los tejidos las cuales nos
permiten estudiar la evolución del tejido.
¿Por
qué la RNM es un proceso cuántico?
La primera razón de porque es un
proceso cuántico es que entra en juego una propiedad cuántica. El spin.
También es un fenómeno cuántico porque
los protones solo pueden absorber unas cantidades de energía determinadas. (P.
de cuantización)
Por último, también se menciona la dualidad
onda-partícula. Un ejemplo de esto es que las ondas RF y los fotones son dos
caras de la misma moneda.
