Las imágenes de alta resolución de la estructura pulmonar son una parte esencial de los estudios de diagnóstico para muchas afecciones pulmonares. Por lo general, esto se realiza mediante imágenes de tomografía computarizada (TC), que es ideal para generar imágenes de alta resoluciónde los pulmones. Sin embargo, la tomografía computarizada administra una dosis no trivial de radiación ionizante, por lo que no es adecuada para la repetición regular de imágenes, la obtención de imágenes en múltiples fases respiratorias diferentes o la obtención de imágenes de ciertas poblaciones (p. ej., pediatría). La resonancia magnética (RM) no conlleva el mismo riesgo que la radiación ionizante y, por lo tanto, es susceptible de tales tareas de imagen. Sin embargo, es difícil obtener imágenes de los pulmones mediante resonancia magnética debido a la baja densidad de tejidos, el movimiento respiratorio y cardíaco y la relajación muy rápida de la señal 2,3,4.
Una técnica de resonancia magnética que puede mitigar estos desafíos es la resonancia magnética de tiempo de eco ultracorto (UTE) 4,5,6. En la resonancia magnética UTE, la señal de resonancia magnética se muestrea inmediatamente después de la excitación de la señal, lo que reduce el impacto de la relajación rápida de la señal. Además, esta técnica muestrea el espacio k desde el centro hacia afuera, lo que conduce a un sobremuestreo significativo en el centro del espacio k. Este sobremuestreo en el centro del espacio k hace que esta técnica de imagen sea robusta al movimiento. Además de esta robustez inherente al movimiento, el muestreo repetido del centro del espacio k codifica información sobre el movimiento respiratorio, lo que permite la auto-compuerta de las imágenes 7,8,9. Esta autocompuerta se puede utilizar para generar imágenes en una variedad de fases respiratorias. Debido a que los seres humanos pasan la mayor parte de la fase respiratoria en la espiración, es común generar una imagen para el final de la espiración, ya que esta fase tiene la mayor cantidad de datos de imagen adquiridos.
Existe una variedad de estrategias para la autoactivación respiratoria en la resonancia magnética pulmonar. La primera distinción que hay que hacer es la basada en imágenes frente a la compuerta basada en el espaciok 10 (Figura 1). En la compuerta basada en imágenes, se genera un conjunto de imágenes con alta resolución temporal mediante la reconstrucción de pequeños subconjuntos temporales de los datos de imagen. Posteriormente, la posición del diafragma en estas imágenes se utiliza para identificar la fase respiratoria para un conjunto dado de proyecciones de imágenes10,11. En la compuerta basada en el espacio k, se examinan los datos del centro del espacio k ("k0") 8,9,12. La intensidad de la señal de la imagen se codifica en k0 y, por lo tanto, la intensidad del punto k0 varía con la respiración. Por lo tanto, las proyecciones se pueden agrupar en diferentes fases respiratorias en función de la intensidad de k0. Tanto en las compuertas basadas en imágenes como en las basadas en el espacio k, las proyecciones con fases respiratorias similares se agrupan para la reconstrucción de imágenes. Se ha sugerido que la compuerta basada en imágenes proporciona una mayor fidelidad en la estimación de la fase respiratoria, proporcionando así imágenes con un desenfoque reducido10,13.

Figura 1: Técnicas de autocompuerta basadas en imágenes y en el espacio k. (A) En las compuertas basadas en imágenes, las imágenes de baja resolución espacial y alta resolución temporal que muestran el diafragma se generan a partir de subconjuntos temporales de los datos generales. Usando una línea sobre el diafragma, el movimiento respiratorio se puede visualizar y agrupar para la reconstrucción de imágenes. (B) En la compuerta basada en el espacio k, el primer punto en una proyección de espacio k centrada hacia afuera ("k0") se utiliza para visualizar el movimiento respiratorio. Después de suavizar k0, las diferencias de intensidad de la señal basadas en el ciclo respiratorio son claramente visibles y se pueden utilizar para identificar diferentes fases respiratorias. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Tanto la compuerta basada en imagen como la basada en el espacio k se pueden realizar utilizando compuerta dura o compuerta suave11,14. En la compuerta dura, solo se reconstruyen las proyecciones correspondientes a la fase respiratoria deseada. Sin embargo, este descarte de proyecciones no deseadas puede conducir a una reducción de la relación señal-ruido (SNR) de la imagen y a un aumento de los artefactos de submuestreo. Estos efectos no deseados se pueden mitigar mediante el uso de compuertas suaves. En la compuerta suave, todas las proyecciones se utilizan para la reconstrucción de la imagen, pero las proyecciones de una fase respiratoria no deseada se ponderan de tal manera que tienen un menor impacto en la imagen final. Al hacerlo, las imágenes se pueden reconstruir con artefactos mínimos y una alta SNR, al tiempo que se suprime el impacto del movimiento respiratorio.
A través de la combinación de la adquisición de resonancia magnética UTE con la autoactivación posterior a la adquisición, se pueden generar imágenes de alta calidad que, si bien no son equivalentes a la TC, tienen un contraste y una resolución que se acercan a los de las imágenes de TC 6,15,16,17,18,19. En este artículo, se proporciona un protocolo simple para recopilar y reconstruir imágenes de resonancia magnética de UTE para generar imágenes de alta calidad de la estructura pulmonar.
Este protocolo está escrito principalmente para escáneres de resonancia magnética 3T; 3T es la intensidad de campo más común utilizada para la resonancia magnética de investigación. Las intensidades de campo magnético más bajas, como 1,5T o el recientemente disponible 0,55 T20 , pueden proporcionar una mejor calidad de imagen e intensidad de señal dentro de los pulmones, ya que la relajación de la señal dentro de los pulmones es más lenta a estas intensidades de campo.
Si bien se ha hecho todo lo posible para proporcionar claridad y simplicidad en este protocolo y el código de reconstrucción de imágenes proporcionado, es probable que el protocolo requiera un físico de resonancia magnética dedicado (o un experto en resonancia magnética similar) para establecer una secuencia de resonancia magnética UTE adecuada en el escáner de resonancia magnética. La secuencia de resonancia magnética debe implementar una estrategia de codificación 3D no cartesiana con trayectorias de espacio k centradas. Algunos ejemplos son las secuencias de imágenes radiales 3D o espirales 3D (p. ej., "FLORET")21,22. Es importante destacar que el orden de las proyecciones debe tener una buena estabilidad temporal: durante cualquier subconjunto de tiempo dado, las proyecciones deben cubrir todo el rango del espaciok 23. Ejemplos de estrategias de ordenación de proyecciones con buena estabilidad temporal son las medias áureas o la espiral de Arquímedes aleatorizada de Halton. Si se utiliza un orden de proyección con poca estabilidad temporal, la autocompuerta posterior a la adquisición omitirá grandes regiones del espacio k, lo que dará lugar a artefactos de la imagen. Por último, la secuencia debe ser capaz de alcanzar un tiempo de eco (TE) de <100 μs. El tiempo de relajación de T2* en los pulmones a 3T es de <1 ms24, por lo que el uso de un TE muy corto es esencial para generar imágenes de alta calidad.