Erresonantzia Magnetiko Nuklearra Medikuntzan

Uxua H., Eider M, Sara M.

Erresonantzia Magnetiko Nuklearra (EMN) atomoen nukleoek duten propietate batean oinarritzen dira: spina. Kuantikari esker, fenomeno fisiko-kimiko hau aurresan eta ulertu egin zen XX. mendean. Honek aplikazio teknologiko berriak ekarri zituen. Alde batetik Kimikan, molekulen karakterizazioan. Bestalde, Medikuntzan, diagnosi teknika berriak garatuz. Gaurkoan, azken honi eginen diogu so.

Erresonantzia magnetiko nuklearra taula periodikoko zenbait nukleoren propietate magnetikoetan oinarritutako fenomeno fisiko-kimiko bat da. Nukleo horiek intentsitate handiko eremu magnetiko batean jarriz, irrati-uhinak xurgatu eta ondoren igor ditzakete. Hidrogeno atomoaren isotopo nagusiaren nukleoa protoi batez soilik osatuta dago. Protoi honek momentu magnetiko bat du, bere gain biratzen duelako, hau da, spina duelako. Gorputzeko H atomoen protoiak norabide guztietan biratzen dute; baina eremu magnetiko handi bat jasaten dutenean protoi guztiak eremu honekin lerratzen dira. Kanpoko eremu magnetikoarekin lerratzean, nukleoek energia kantitate bat hartzen dute spina aldatzeko, batzuk beste batzuk baino gehiago, beraien spinaren posizioaren arabera. Kanpoko eremu magnetikoa kentzean, nukleoen spinak beraien oinarrizko egoerara bueltatzen dira, absorbatu duten energia berriz askatuz. Printzipio honetan oinarritzen da gaur egun medikuntzan oso erabilia den diagnosi-teknika: erresonantzia magnetiko bidezko irudiak (IRM).

 

IRM ekipoak prezisio handiarekin bateratutako zati asko dituzten makinak dira. Ekipo honen osagai nagusia iman bat da, intentsitate handiko eremu magnetiko konstante bat sortzeko gai dena. Gaur egun, 0'5 eta 1'5 tesla arteko eremu-intentsitateko imanak erabiltzen dira. Imanaren eremu magnetiko konstanteak nukleo atomikoen momentu magnetikoak bi norabidetan zuzentzen ditu, paraleloa (bi bektoreen norabidea berdina da) eta antiparaleloa (bektoreen norabidea kontrakoa da). Eremu magnetikoaren intentsitateak eta nukleoen momentu magnetikoak nukleoen erresonantzia frekuentzia determinatzen dute, baita estatu bakoitzean aurkitzen diren nukleoen proportzioa ere.

Orientazio paraleloa duten nukleoak (energia baxueneko egoera) orientazio antiparalelora aldatuko dira, beraien energia handituz. Denbora tarte txiki baten buruan, energia diferentzia hori emitituko da, aparatu egokiak erabiliz detektatu daitekeena. Aparatuko imanak irrati-frekuentzien eremuan lan egiten dutenez, detektagailua bobina bat izan ohi da, antena, anplifikadore eta irrati-frekuentzien sintetizatzailea dena.

Imanak eremu magnetiko konstantea sortzen duenez, momentu magnetiko berdina duten nukleo guztiek erresonantzia frekuentzia berdina izango dute ere. Horrek esan nahi du, erresonantzia magnetikoak baldintza horietan sortzen duen edozein seinale detektagarria izango dela eta gorputzaren edozein puntutik abiatuta ere balore berdina emango duela. Hau arazo bat da, izan ere, erresonantziaren informazio espazialik ez da existituko.

Arazoari soluzioa emateko, bobina gehiago gehitzen dira, gradiente-bobinak deiturikoak. Bobina bakoitzak intentsitate jakineko eta frekuentzia kontrolatuko eremu magnetikoa sortzen du. Eremu magnetiko hauek aurretik iman nagusiarekin sortutako eremu magnetikoa aldatzen dute, eta ondorioz, nukleoen erresonantzia frekuentzia. Hiru bobina ortogonal erabiliz espazioaren eskualde bakoitzari erresonantzia frekuentzia bat ematea dago; horrela, erresonantzia frekuentzia jakin batean sortzean, espazioaren zein eskualderi dagokion determina daiteke.

Teknika honetan ez da erradiazio ionizatzailerik erabiltzen. Ez du inolako kalterik eragiten gaixoaren organismoan, eta energia gutxiagoko erradiazioa erabiltzen da beste metodo batzuekin konparatuz (X izpiak eta isotopo erradioaktiboak erabiltzen dituzten teknikak). 

Erresonantzia magnetikoa nuklear bidez gorputzeko ehun gehienen irudiak lor daitezke. Erradiazioak gorputzeko atomoko nukleoen posizioan aldaketak eragiten ditu. Eremu magnetiko bat aplikatzen da, gorputzeko uraren hidrogenoen nukleoen eremu magnetikoa zuzentzeko. Hidrogeno atomo gutxiago dituzten ehunak, hezurrak esaterako, ilunak agertzen dira. Aldiz, hidrogeno atomo ugarien kasuan, gantzetan, askoz ere argiago ikusten da. Irrati uhinen maiztasuna aldatzen bada, ehun mota desberdinak antzeman daitezke. 

Aipatutako aldaketa eragin eta ondorioz nukleoa detektatu ahal izateko, irrati-frekuentzien eremuko uhinak erabiltzen dira. Eremu magnetiko gehiago aplikatuz, informazio gehiago lortu daiteke eta irudi konplexuagoak sortu.

Teknika honek aurrerapen handia suposatu du, batez ere, garuna, bizkarrezur-muina, muskuluak, eskeletoa, bihotza eta odol-hodiak azter daitezkeelako gorputza ireki beharrik gabe. 

Zehaztasun handiko irudiak lortzen dira. Hori dela eta, garuneko tumore onberak eta gaiztoak antzemateko teknikarik onena da. Lesio neurologikoak detektatzeko ere erabiltzen da, hemorragia, tronbosiak, edo esklerosi anizkoitza bezalako gaitzak adibidez. Gaixotasun kardiobaskularren ikerkuntzan erabiltzen da. Jaiotzetik agertzen diren malformazioak detekta ditzake.

Edward Mills Purcell zientzialariak irrati-frekuentzien eremuko energia sortu eta detektatzeko, eta energia horren absortzioa materian aztertzeko proiektu bat garatu zuen. Honen ildotik, erresonantzia magnetiko nuklearraren aurkikuntza egin zuen Felix Bloch-ekin batera. Nukleo magnetikoak potentzia espezifiko bateko eremu magnetiko baten eraginpean jartzean, nukleo horiek irrati-frekuentzien eremuko energia absorbatzen zutela ikusi zuten bi zientzialariek, eta horrela nukleoak identifikatzea lortu zuten.

Hasieran atomoei buruzko informazioa lortzeko erabiltzen zen teknika urteetan zehar garatzen joan da eta, garapen teknologikoarekin bateratuz, aplikazio ezberdinak lortu dira hainbat esparrutan, hala nola, irudi bidezko erresonantzia magnetikoa medikuntzan.
________________________________________________________

Egileak: Uxua H, Eider M. eta Sara M. UPV/EHUko Kimika Fakultateko ikasleak dira. Kimika Fisikoa II irakasgaian egindako lana.
________________________________________________________

 
Sarrera honek #KulturaZientifikoa 1. Jaialdian parte hartzen du.