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3/20/01

Dawn Levy, Servicio de Noticias (650) 725-1944; correo electrónico: [email protected]

Dos imanes son más baratos que uno: los ingenieros de Stanford construyen un escáner de resonancia magnética económico

Hay una ganga en el sótano del edificio de Ingeniería Eléctrica Packard de Stanford: un escáner de resonancia magnética (RM) de bajo costo. Los escáneres de resonancia magnética toman imágenes nítidas del interior del cuerpo, incluido el cerebro, la columna vertebral y las articulaciones. Las imágenes de resonancia magnética proporcionan un mejor contraste en tejidos blandos como el cerebro en comparación con otras técnicas de diagnóstico por imágenes, como rayos X, TC o ultrasonido. Pero los escáneres de resonancia magnética no son baratos. Un escáner de cuerpo entero cuesta de 1 1 a 3 3 millones, y los cargos por escaneo pueden exceder los $1,000.

» Personalmente, nunca me gustó el costo de la resonancia magnética. Soy muy frugal», dice Steven Conolly, investigador asociado sénior del equipo de ingeniería que creó el nuevo escáner de resonancia magnética. El profesor emérito de ingeniería y radiología Albert Macovski inspiró el proyecto, que está dirigido por Conolly y el investigador asociado de ingeniería Greig Scott. Uno de los objetivos del equipo es crear un escáner de alta calidad que se vendería por unos $150,000.

El escáner podría ser útil en el mundo en desarrollo, dice Conolly, o como herramienta para la investigación científica básica.

El enfoque de bajo costo del equipo para construir escáneres de resonancia magnética es práctico y desafiante. Y después de cinco años de trabajo, los investigadores ahora tienen sus primeras imágenes humanas en la mano.

El truco, dice Conolly, es usar dos imanes resistivos económicos en lugar de un imán superconductor caro.

La RMN funciona en dos pasos. Primero, expone el cuerpo humano a un fuerte campo magnético. Algunos elementos, incluidos los átomos de hidrógeno dentro del agua y la grasa corporal, responden a un campo magnético fuerte alineándose con él de la misma manera que las limaduras de hierro se alinean con el campo de un imán de escritorio. Aquí el campo magnético necesita ser muy fuerte porque los átomos de hidrógeno no responden tan fácilmente a un campo magnético como lo hacen las limaduras de hierro. Los escáneres de resonancia magnética de hoy en día usan imanes tan fuertes como los que se usan para recoger autos en un depósito de chatarra.

Una vez que los átomos de hidrógeno se han alineado, crean su propia señal magnética. Debido a que los átomos de hidrógeno en diferentes tejidos tienen señales ligeramente diferentes, el escáner de resonancia magnética mide esas diferencias y detecta el contraste en una imagen. Para este segundo paso, medir la diferencia entre, por ejemplo, un átomo de hidrógeno dentro de un tumor y uno dentro del músculo, el campo magnético tiene que ser extremadamente preciso, dice Conolly. El campo no puede variar en más de una diezmilésima parte de un porcentaje, lo que significa que si la Tierra fuera tan plana como un campo magnético de resonancia magnética, la colina más alta del mundo tendría solo 20 pies de altura.

Los únicos imanes disponibles en la actualidad que son muy fuertes y homogéneos son los imanes superconductores. Son el mayor costo individual en un escáner de resonancia magnética. Pero resulta, dice Conolly, que el imán dentro de un escáner de resonancia magnética no necesita ser al mismo tiempo fuerte y consistente. Así que el equipo construyó un escáner de resonancia magnética completo desde cero, utilizando dos imanes para reemplazar el imán superconductor convencional. El primer imán es muy fuerte y capaz de alinear los átomos de hidrógeno. Sin embargo, no necesita ser muy preciso y tiene una variación de aproximadamente el 40 por ciento. «Es como usar una lámpara para iluminar un libro», dice Conolly. «La intensidad de la luz puede variar en un 40 por ciento sobre la superficie de la página, pero mientras sea lo suficientemente brillante, aún puedes leer la página.»El segundo imán crea un campo magnético homogéneo, pero no necesita ser fuerte. De hecho, es débil, requiere la potencia de unos dos secadores de pelo. El equipo de resonancia magnética enciende un imán para alinear los átomos de hidrógeno y enciende el otro para registrar la señal del cuerpo.

Ambos imanes son simples imanes resistivos de cobre, hechos de cosas que cualquiera puede encontrar en una ferretería. Tan pronto como el equipo de resonancia magnética de Stanford creó un escáner funcional, comenzaron a tomar fotografías. Uno de los científicos del equipo, Blaine Chronik, fue a la tienda de comestibles cuando comenzaron a obtener datos «y simplemente buscó cosas interesantes para crear imágenes», dice Conolly. «Probamos tomates», dijo Sharon Ungersma, una estudiante de posgrado en el proyecto, » y uvas y otros alimentos.»Bacon mostró el contraste más interesante. La grasa y las rayas musculares en el tocino mostraban un marcado contraste entre sí. Pronto, el equipo, incluidos los estudiantes graduados Hao Xu y Nate Matter, comenzó a tomar imágenes de manos y muñecas humanas. Los cortes de imagen muestran los huesos carpianos, los tendones y el tejido blando. «Las imágenes de las manos definitivamente no tienen la misma calidad que los escáneres de resonancia magnética convencionales», dice Conolly, » pero ahora podemos hablar de anatomía. Y podemos medir las mejoras.»

Para este verano, Conolly anticipa que las imágenes serán mucho mejores. Un imán homogéneo nuevo y mejorado está casi terminado. Este es más grande y puede trabajar con mayor fuerza de campo. Se ajustará a una rodilla, no solo a una muñeca. Es más eficiente energéticamente y, apropiadamente, incluso más barato. El equipo sigue trabajando para lograr la homogeneidad que necesitan en el imán de baja resistencia. Debido a que crean el imán enrollando cinta de cobre, cada giro debe colocarse con precisión con respecto a las otras bobinas. «Hay más de cien vueltas de cinta de cobre en las bobinas, por lo que cada pequeño doblez y unión se acumula», dice Conolly. «El diámetro exterior puede estar alejado en aproximadamente 50 milésimas de pulgada del ideal, lo cual es bastante bueno, pero sigue siendo un problema.»Ungersma está creando un nuevo conjunto de bobinas para solucionar este problema.

Todo el equipo está ocupado tratando de mejorar la calidad de imagen. El equipo también está entusiasmado con la perspectiva de la investigación científica básica, que abre la puerta para explorar muchos nuevos mecanismos de contraste.

El equipo ha recibido subvenciones para crear escáneres para obtener imágenes de la rodilla, el cerebro y la mama. Uno de los beneficios del escáner de resonancia magnética de bajo costo es que los hospitales podrían usar escáneres más pequeños específicos para ciertas partes del cuerpo, en lugar de comprar un segundo escáner de cuerpo entero. Con la tecnología de Stanford, la resonancia magnética de la mama podría ser rentable para la detección del cáncer de mama. En una era de costos médicos en aumento, la tecnología puede hacer que la resonancia magnética esté disponible para una clientela más grande.