El Hospital Hvidovre cuenta con el primer prototipo del mundo de un sensor capaz de detectar errores en exploraciones por resonancia magnética utilizando luz láser y gas. El nuevo sensor, desarrollado por un joven investigador de la Universidad de Copenhague y el Hospital Hvidovre, puede hacer lo que es imposible para los sensores eléctricos actuales y, con suerte, allanar el camino para exploraciones por resonancia magnética que son mejores, más baratas y más rápidas.
Los médicos y profesionales de la salud utilizan escáneres de resonancia magnética todos los días para obtener una visión única del cuerpo humano. En particular, se utilizan para estudiar el cerebro, órganos vitales y otros tejidos blandos mediante imágenes en 3D de una calidad excepcional en comparación con otros tipos de imágenes médicas.
Si bien esto hace que la herramienta avanzada sea invaluable y casi indispensable para los profesionales de la salud, todavía hay margen de mejora.
Los fuertes campos magnéticos dentro de los escáneres de resonancia magnética tienen fluctuaciones que crean errores y alteraciones en las exploraciones. En consecuencia, estas costosas máquinas (cientos de euros por hora) deben calibrarse periódicamente para reducir errores.
También existen métodos de escaneo especiales que, lamentablemente, hoy en día no se pueden realizar en la práctica. Entre ellas se encuentran las llamadas secuencias en espiral, que podrían reducir el tiempo de exploración, por ejemplo, en el diagnóstico de coágulos sanguíneos, esclerosis y tumores. Las secuencias espirales también serían una herramienta atractiva en la investigación de resonancia magnética, donde, entre otras cosas, podrían proporcionar a investigadores y profesionales de la salud nuevos conocimientos sobre enfermedades cerebrales. Pero debido al campo magnético altamente inestable, realizar este tipo de escaneos no es una opción actualmente.
En teoría, el problema se puede resolver con un sensor que lea y mapee los cambios en el campo magnético. A partir de entonces, es relativamente sencillo corregir los errores de las imágenes con una computadora. En la práctica esto resulta difícil con la tecnología actual, ya que los sensores adecuados interfieren en el campo magnético porque son eléctricos y están conectados a cables metálicos.
Un nuevo invento espera hacer que este problema sea cosa del pasado. Para combatir el problema, un investigador del Instituto Niels Bohr y del Centro Danés de Investigación de Resonancia Magnética (DRCMR) ha desarrollado un sensor que utiliza luz láser en cables de fibra y un pequeño recipiente de vidrio lleno de gas. El prototipo está listo y funciona.
“Primero demostramos que era teóricamente posible y ahora hemos demostrado que se puede hacer en la práctica. De hecho, ahora tenemos un prototipo que básicamente puede realizar las mediciones necesarias sin alterar el escáner de resonancia magnética. Es necesario desarrollarlo más. y perfeccionado, pero tiene el potencial de hacer que las resonancias magnéticas sean más baratas, mejores y más rápidas, aunque no necesariamente las tres cosas a la vez”, se ríe Hans Stærkind, postdoctorado en el Instituto Niels Bohr y DRCMR en el Hospital Hvidovre. Stærkind es el arquitecto principal detrás del sensor y el dispositivo que lo acompaña.
“Un escáner de resonancia magnética ya puede producir imágenes increíbles si uno se toma su tiempo. Pero con la ayuda de mi sensor, es imaginable usar la misma cantidad de tiempo para producir imágenes aún mejores, o dedicar menos tiempo y seguir obteniendo la misma calidad. Un tercer escenario podría ser construir un escáner más barato que, a pesar de algunos errores, pudiera ofrecer una calidad de imagen decente con la ayuda de mi sensor”, afirma el investigador.
Cómo funciona el prototipo
Los escáneres de resonancia magnética utilizan imanes potentes para producir un fuerte campo magnético que obliga a los protones del agua, los carbohidratos y las proteínas del cuerpo a alinearse con el campo magnético. Cuando se pulsan ondas de radio a través de un paciente, los protones se estimulan y se salen temporalmente de ese equilibrio. Cuando posteriormente vuelven a alinearse con el campo magnético, liberan ondas de radio que pueden usarse para formar imágenes 3D en tiempo real de lo que se esté escaneando.
El prototipo de Hans Stærkind funciona mediante un dispositivo para enviar y recibir luz láser que parece un sistema estéreo de los años 90. Envía luz láser a través de cables de fibra óptica (es decir, sin ningún metal) y hacia cuatro sensores ubicados en el escáner.
Dentro de los sensores, la luz pasa a través de un pequeño recipiente de vidrio que contiene gas de cesio, que absorbe la luz en las frecuencias correctas.
“Cuando el láser tiene la frecuencia justa mientras pasa a través del gas, hay una resonancia entre las ondas de luz y los electrones en los átomos de cesio. Pero la frecuencia (o longitud de onda) a la que esto sucede cambia cuando el gas está expuesto De este modo podemos medir la intensidad del campo magnético y saber cuál es la frecuencia correcta. Esto ocurre de forma totalmente automática y a la velocidad del rayo”, explica el investigador.
A medida que se producen perturbaciones en el campo magnético ultrapotente de un escáner de resonancia magnética, el prototipo de Hans Stærkind mapea en qué parte del campo magnético se producen y con qué fuerza ha cambiado el campo. En un futuro próximo, esto podría significar que las imágenes perturbadas y defectuosas podrían corregirse, basándose en los datos recopilados por los sensores, y posteriormente volverse precisas y totalmente utilizables.
Innovación con perspectivas comerciales: cuando los datos están disponibles
El prototipo se encuentra actualmente en el DRCMR del Hospital Hvidovre de Copenhague, donde también se concibió la idea.
“La idea original surgió de mi supervisor aquí en DRCMR, Esben Petersen, que lamentablemente ya no está con nosotros. Vio un enorme potencial en el desarrollo de un sensor basado en láseres y gas que sería capaz de medir los campos magnéticos sin perturbarlos.” dice Hans Stærkind.
Con la ayuda de físicos cuánticos del Instituto Niels Bohr, incluido el profesor Eugene Polzik, Stærkind desarrolló la idea hasta convertirla en una teoría real. Y con el prototipo, ahora ha puesto esa teoría en práctica.
“El prototipo está diseñado de tal manera que ya es adecuado en contextos hospitalarios como un instrumento robusto y que funciona bien. Y hasta ahora, nuestras pruebas han demostrado que funciona como debería. Se puede imaginar que este invento eventualmente será integrarse directamente en los nuevos escáneres de resonancia magnética”, afirma Stærkind.
Por ahora, el prototipo se seguirá desarrollando para que sus mediciones sean aún más precisas.
“Necesitamos recopilar datos y ajustarlos para que se conviertan continuamente en una herramienta cada vez mejor para encontrar errores en las exploraciones. Después de eso, pasaremos al apasionante trabajo de corregir errores en las imágenes de resonancia magnética y lo descubriremos en en qué situaciones y qué tipos de escaneos nuestro sensor puede marcar una diferencia significativa”, afirma el investigador.
Según Stærkind, el grupo objetivo inmediato de su sensor son los equipos de investigación de resonancia magnética. Pero también espera que uno de los grandes fabricantes de resonancia magnética conozca la nueva tecnología a un plazo algo más largo.
“Una vez que el prototipo se haya perfeccionado en una versión 2.0 y se hayan documentado sus cualidades con abundantes datos de exploraciones reales aquí en el hospital, veremos adónde va. Sin duda, tiene el potencial de mejorar las exploraciones por resonancia magnética de una manera única que puede beneficiar médicos y, sobre todo, los pacientes”, afirma el investigador.
Datos sobre los escáneres de resonancia magnética
A pesar de existir desde 1977, los escáneres de resonancia magnética siguen siendo una de las tecnologías médicas más avanzadas. De hecho, todo, desde la mecánica cuántica, los imanes superconductores y las matemáticas e informática avanzadas, es un requisito previo para que funcionen.
Los dispositivos consisten en un imán gigante con una fuerza magnética tan grande que debe enfriarse a -269 °C o corre el riesgo de convertirse en humo, literalmente. Esto se hace, entre otras cosas, con helio líquido y hace que el imán primario de la máquina sea superconductor.
Es decir, la electricidad que impulsa el electromagnetismo no tiene resistencia y circula constantemente en un circuito cerrado sin suministro de electricidad. Las enormes facturas de electricidad asociadas con el funcionamiento de las resonancias magnéticas se deben principalmente a su enfriamiento.
Dentro de un escáner de resonancia magnética, hay otros electroimanes que se pueden usar para controlar el campo magnético, de modo que pueda observar partes específicas del cuerpo y hacerlo desde diferentes ángulos.
La altísima intensidad de los campos magnéticos requiere que las hebillas de los cinturones, las monedas y todos los demás objetos metálicos se guarden en otra habitación, lejos de la máquina, de forma segura. De hecho, se han producido varios accidentes con escáneres de resonancia magnética debido a su magnetismo excepcionalmente poderoso. Por ejemplo, una silla de ruedas podría ser lanzada hacia el escáner independientemente de quién o qué se interpusiera en su camino. Pero si se siguen todas las precauciones de seguridad necesarias, no se conocen riesgos derivados de una resonancia magnética en sí.
El fuerte campo magnético del escáner obliga a los protones de las moléculas de agua del cuerpo (que son en sí mismos imanes, llamados espines) a alinearse con el campo magnético. Luego se envían ondas de radio a través del paciente, que temporalmente hacen girar los protones fuera de ese equilibrio. Cuando se realinea, la energía se libera nuevamente en ondas de radio mensurables.
Con la ayuda de una computadora, la resonancia magnética (MRI) se puede utilizar para crear imágenes en 3D con precisión milimétrica del tejido blando de un paciente desde cualquier ángulo.
Hechos: cómo funciona
En el escáner de resonancia magnética hay cuatro sensores distribuidos. Uno permanece fuera del alcance del campo magnético y actúa como control.
La luz láser del interior de los sensores con determinadas frecuencias luminosas pasa a través de un pequeño recipiente de vidrio con gas de cesio.
La frecuencia del láser crea resonancia en los electrones de los átomos de cesio. Esto atenúa la luz hasta un punto que puede detectarse.
Si el gas se expone a un campo magnético, la frecuencia de activación cambia según la intensidad del campo magnético.
De este modo se pueden registrar fluctuaciones en el campo magnético del escáner de resonancia magnética y los datos pueden revelar posteriormente errores en la exploración de resonancia magnética.
Hechos: Resonancia
En Las aventuras de Tintín, la diva de la ópera Bianca Castafiore rompe un vaso de cristal golpeando la frecuencia de resonancia del vaso con el poder de su voz. Todo tiene una cierta frecuencia con la que le gusta vibrar u oscilar.
Si, de niño o adulto, alguna vez pusiste un columpio en movimiento bombeándolo hacia adelante y hacia atrás, usaste la frecuencia de resonancia para hacerlo. Cuando algo resuena, sus oscilaciones se amplifican.
Si envías luz a un gas, pasará directamente a través de él, a menos que tenga la frecuencia correcta. A cierta frecuencia, la luz se absorbe porque oscila a la misma frecuencia que los electrones de los átomos del gas.
Los electrones oscilan cada vez más mientras absorben la energía y luego la luz se reemite en todas direcciones a medida que los electrones vuelven a su lugar.
Si lo miras, verás que el rayo se atenúa y el vapor del gas se enciende.
La resonancia, por lo tanto, es cuando se alcanza la frecuencia natural de un sistema para que oscile. Esta frecuencia se llama frecuencia de resonancia.
2024-05-02 21:59:14
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