Mejorando la resolución de imágenes por resonancia magnética nuclear para estudiar microestructuras en tejidos y órganos

GONZALO AGUSTIN ALVAREZ

Seminario; Contribución oral en la Reunión INN CAB-CAC; 2017

La resonancia magnética nuclear es una poderosa herramienta para investigar estructuras de sistemas químicos y biológicos. Combinada con gradientes de campo magnético a dado lugar a la técnica de imágenes por resonancia magnética nuclear (MRI), una herramienta muy utilizada en exámenes médicos no invasivos. La sensibilidad de detección de espines nucleares, limita la resolución espacial de las imágenes a decenas de micrómetros en estudios preclínicos y a milímetros en estudios clínicos. Sin embargo, otras fuentes de información como las suministradas por procesos de difusión molecular restringida permiten extraer información morfológica llegando hasta escalas micrométricas y sub-micrométricas. En esta charla presentaré una serie de métodos que hemos desarrollado que explotan la difusión, tanto isotrópica como anisotrópica, para detectar parámetros morfológicos en el rango de nm-mm [1-7]. Estos métodos por un lado explotan distribuciones de gradientes de campo magnético inducidos por cambios en la susceptibilidad magnética [3,5] y por otro, interferencias cuánticas generadas por reversiones en el tiempo inducidas con técnicas de MRI [1,2,8,9]. Estos métodos nos han permitido mejorar sustancialmente la sensibilidad para determinar tamaños de las cavidades donde ocurre la difusión molecular [1,2,4,6,7]. De esta manera, generamos nuevos contrastes en imágenes basados en parámetros que definen distribuciones de tamaños poros y fibras en tejidos (e.j. cerebro o medula espinal) [4] y en parámetros que definen geometrías de las cavidades [5] (e.j. orientaciones de fibras en la medula espinal). Esperamos que eventualmente estos métodos deriven en nuevas aplicaciones para el diagnostico de enfermedades. Hasta el día de hoy, estos métodos han sido sólo implementados en equipos preclínicos, por lo que uno de los objetivo centrales es abrir el camino para aplicarlos en estudios de rutina en equipos clínicos.1 G.A. Álvarez, N. Shemesh, and L. Frydman, Phys. Rev. Lett. 111, 080404 (2013).2 N. Shemesh, G.A. Álvarez, and L. Frydman, J. Magn. Reson. 237, 49 (2013).3 G.A. Álvarez, N. Shemesh, and L. Frydman, J. Chem. Phys. 140, 084205 (2014).4 N. Shemesh, G. A. Álvarez, and L. Frydman, PLoS ONE 10, e0133201 (2015). 5 G.A.Álvarez, N. Shemesh, and L. Frydman. En referato en Nature Sci. Rep. (2017). ?Internal gradient distributions: A susceptibility-derived tensor delivering morphologies by magnetic resonance?6 A. Zwick, G. A. Álvarez, and G. Kurizki, Phys. Rev. Applied 5, 014007 (2016). 7 A. Zwick, G.A. Álvarez, and Gershon Kurizki. Phys. Rev. A 94, 042122 (2016).8 G. A. Álvarez and D. Suter, Phys. Rev. Lett. 107, 230501 (2011).9 D. Suter and G.A. Álvarez. Rev. Mod. Phys. 88, 041001 (2016).