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

GONZALO A. ALVAREZ; A. ZWICK, N. SHEMESH, L. FRYDMAN.

Congreso; 102a Reunión de la Asociación Física Argentina; 2017

La resonancia magn ́etica nuclear es una poderosa herramienta para investigar es- tructuras de sistemas qu ́ımicos y biol ́ogicos. Combinada con gradientes de campo magn ́etico a dado lugar a la t ́ecnica de im ́agenes por resonancia magn ́etica nuclear (MRI), una herramienta muy utilizada en ex ́amenes m ́edicos no invasivos. La sensibi- lidad de detecci ́on de espines nucleares, limita la resoluci ́on espacial de las im ́agenes a decenas de micr ́ometros en estudios precl ́ınicos y a mil ́ımetros en estudios cl ́ınicos. Sin embargo, otras fuentes de informaci ́on como las suministradas por procesos de difusi ́on molecular restringida permiten extraer informaci ́on morfol ́ogica llegando hasta escalas microm ́etricas y sub-microm ́etricas. En esta charla presentar ́e una serie de m ́etodos que hemos desarrollado que explotan la difusi ́on, tanto isotr ́opica como anisotr ́opica, para detectar par ́ametros morfol ́ogicos en el rango de nm-mm [1-7]. Estos m ́etodos por un lado explotan distribuciones de gradientes de campo magn ́etico inducidos por cambios en la susceptibilidad magn ́etica [3,5] y por otro, interferencias cu ́anticas ge- neradas por reversiones en el tiempo inducidas con t ́ecnicas de MRI [1,2,8,9]. Estos m ́etodos nos han permitido mejorar sustancialmente la sensibilidad para determinar taman ̃os de las cavidades donde ocurre la difusi ́on molecular [1,2,4,6,7]. De esta ma- nera, generamos nuevos contrastes en im ́agenes basados en par ́ametros que definen distribuciones de taman ̃os poros y fibras en tejidos (e.j. cerebro o medula espinal) [4] y en par ́ametros que definen geometr ́ıas de las cavidades [5] (e.j. orientaciones de fibras en la medula espinal). Esperamos que eventualmente estos m ́etodos deriven en nuevas aplicaciones para el diagnostico de enfermedades. Hasta el d ́ıa de hoy, estos m ́etodos han sido s ́olo implementados en equipos precl ́ınicos, por lo que uno de los objetivo centrales es abrir el camino para aplicarlos en estudios de rutina en equipos cl ́ınicos.[1]. G.A. A ́lvarez, N. Shemesh, and L. Frydman, Phys. Rev. Lett. 111, 080404 (2013). [2]. N. Shemesh, G.A. A ́lvarez, and L. Frydman, J. Magn. Reson. 237, 49 (2013).[3]. G.A. A ́lvarez, N. Shemesh, and L. Frydman, J. Chem. Phys. 140, 084205 (2014). [4]. N. Shemesh, G. A. A ́lvarez, and L. Frydman, PLoS ONE 10, e0133201 (2015). [5]. G.A.A ́lvarez, N. Shemesh, and L. Frydman. Sci. Rep. 7, 3311 (2017).[6]. A. Zwick, G. A. A ́lvarez, and G. Kurizki, Phys. Rev. Applied 5, 014007 (2016). [7]. A. Zwick, G.A. A ́lvarez, and Gershon Kurizki. Phys. Rev. A 94, 042122 (2016). [8]. G. A. A ́lvarez and D. Suter, Phys. Rev. Lett. 107, 230501 (2011).[9]. D. Suter and G.A. A ́lvarez. Rev. Mod. Phys. 88, 041001 (2016).