Resonancia Magnética Nuclear

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.