La Resonancia Magnética... explicada con pelotas y flechas
La resonancia electromagnética es una técnica de diagnóstico por imágen de las más extendidas hoy en día (no hay más que ver la cantidad de veces que se menciona en blogs científicos), y hace bastante que no nos resulta algo sorprendente. Sin embargo, cada vez que se realiza una de estas pruebas se crean campos magnéticos más grandes que el de la Tierra, se mide el movimiento nanoscópico de átomos y la propagación e interacción de partículas que viajan a la velocidad de la luz a través de nuestro cuerpo. Maravilloso, ¿no crees? Pues aún hay más, vamos a ver cómo funciona esta técnica a nivel atómico y entender la complejidad técnica que tiene.
Antes de empezar quiero hacer un aviso a navegantes: el tema es complejo. Durante el artículo utilizaremos símiles, metáforas y simplificaciones para hacerlo lo más accesible posible. Pero no podemos obviar que el fenómeno de resonancia magnética nuclear (nombre físico del proceso) es algo puramente cuántico, es decir, solo puede explicarse mediante mecánica cuántica, que no es algo fácil. En cualquier caso no creo que nadie tenga problema en entederlo y os aseguro que merece la pena.
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Lo primero de lo que tenemos que hablar es el espín, una propiedad difícil de explicar y que tienen todas las partículas. Los físicos que lean esto me disculparán, pero para simplificarlo lo mejor es pensar es una pelota con una flecha clavada encima. Este espín interacciona con los campos magnéticos y se orienta de forma paralela o antiparalela a ellos. Es decir si tenemos un núcleo atómico y ponemos un campo magnético vertical suficientemente intenso (más de 1 millón de veces el de la tierra) tendremos su espín (su flecha) apuntando hacia arriba o hacia abajo, pero siempre en vertical.
El problema con el espín es que se comporta de forma muy rara (de acuerdo con la mecánica cuántica) y no puede dejar de girar. De esta forma la dirección promedio es vertical, pero hay un cierto giro del espín. Si ahora empujamos la flecha de nuestra pelota hacia abajo con una frecuencia igual a la frecuencia de giro de la flecha (siempre en el mismo punto del movimiento) conseguiremos que este giro lo haga en horizontal, paralelo al suelo. Este fenómeno de frecuencias iguales se denomina resonancia y es similar a lo que hacemos para que un columpio se mueva más rápido.
En resonancia magnética nuclear (nuclear por que se emplean núcleos atómicos, no tiene nada que ver con bombas o radiactividad) la forma de dar estos empujones es mediante ondas electromagnéticas, en concreto ondas de radio. Estas ondas son campos eléctricos y magnéticos de frecuencia definida. Lo interesante es que cuando dejamos de aplicar este empujón, el espín tiende a ponerse vertical otra vez (recordemos que no hemos quitando el campo magnético intenso del principio). Como el espín gira sin parar la subida del espín describe una curva similar a una espiral. Esto es lo interesante.
En naranja trayectoria en forma de espiral del espín. en azul clarito (derecha) intensidad de la señal emitida por el núcleo
Al describir esta espiral el núcleo del átomo emite su propia onda electromagnética (o un fotón, que viaja a la velocidad de la luz), que es lo que la máquina detecta. Lo que nos interesa de esta señal es el tiempo que tarda en subir el espín atómico, lo que se llama tiempo de relajación (T2 en la imagen superior). Este tiempo depende del núcleo que tratemos y del tejido que lo rodea. Cada átomo tiene su frecuencia de giro particular y respuesta a los campos magnéticos. El mejor átomo es el de Hidrógeno porque es el que más reacciona y además está presente en el agua y los compuestos orgánicos de que está hecho nuestro cuerpo.
La forma en la que se obtiene la imagen que vemos luego en el escáner es mediante comparación de los tiempos de relajación con una base de datos ya calibrada. Como siempre trabajamos con hidrógeno las diferencias en este tiempo se deben únicamente al tipo de tejido en el que se encuentra. Esto permite distinguir, comparando con un patrón, zonas con tejidos sanos y zonas con tejidos patológicos; y todo esto simplemente “empujando” átomos.
En resumen, cada vez que te hacen una MRI están excitando y moviendo cada uno de los átomos de Hidrógeno de tu cuerpo, midiendo lo que tardan en volver a su estado inicial y, mediante las ondas que emite, determinando si lo que rodea cada átomo es tejido sano o no. Un perfecto ejemplo de cómo lo que hace 60 años era física fundamental (como hoy el LHC y el CERN) actualmente nos permite determinar si un tejido está sano o no sin tener que abrir a nadie por la mitad, y sin peligro alguno.
Si queréis saber algo más o tenéis alguna duda no tengáis miedo y preguntad en los comentarios, los responderemos encantados!
