El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ahora está proporcionando un nuevo servicio de medición que puede mejorar la calidad de la resonancia magnética (MRI) y proporcionar un camino para usar MRI para realizar mediciones precisas y rastreables dentro del cuerpo humano. Culmina muchos años de investigación de los científicos del NIST que trabajan en la frontera de las imágenes médicas cuantitativas para la medicina de precisión.

Los médicos necesitan imágenes de alta precisión para tomar decisiones de diagnóstico y tratamiento. Los parámetros cuantitativos medidos por resonancia magnética deben ser precisos y tener incertidumbres bien definidas antes de que puedan usarse para la toma de decisiones clínicas. Eso significa que los operadores de resonancia magnética tienen que caracterizar sus escáneres y protocolos de imágenes utilizando estándares rastreables, aquellos que relacionan las mediciones con una referencia internacional acordada.

Esto se hace usando "fantasmas", objetos que incorporan materiales de referencia estándar que sirven como sustitutos confiables para tipos específicos de tejidos en el cuerpo. Los fabricantes de fantasmas deben asegurarse de que las propiedades de resonancia magnética de los materiales que utilizan se midan con precisión. Ahí es donde el nuevo servicio de calibración, en Boulder del NIST, Colo., instalaciones, viene en.

Los clientes envían al NIST muestras de materiales que se utilizarán en la fabricación de fantasmas. Los científicos colocan el material en tubos capilares, cada uno con unos 10 microlitros (millonésimas de litro), y colóquelos uno por uno en el sistema NMR del NIST. Cada muestra se prueba tres veces a temperaturas y intensidades de campo magnético especificadas, un proceso que puede tomar de seis a 40 horas por muestra. (El sistema de adquisición automatizado funciona las 24 horas del día, los 7 días de la semana). Las muestras iniciales se limitan a líquidos, pero las futuras extensiones del servicio incluirán geles e imitadores de tejidos más complejos. "El sistema de RMN es único y fue diseñado específicamente como un sistema de metrología para calibrar biomarcadores de imágenes médicas, "dijo Michael Boss de NIST, quien desarrolló el sistema, protocolos de medición y rutinas de análisis.

Las propiedades medidas proporcionan trazabilidad NIST al Sistema Internacional de Unidades (SI), así como un análisis riguroso de varias incertidumbres en las mediciones. Las mediciones implican una cadena ininterrumpida de calibraciones entre los resultados de la resonancia magnética y la referencia SI. Como resultado, los escáneres y las secuencias individuales se pueden ajustar para que funcionen con mayor precisión, y los datos obtenidos a partir de imágenes en diferentes escáneres se pueden comparar con mayor confianza.

"Cuando entregamos un certificado rastreable por NIST, damos tanto las propiedades de los materiales como una incertidumbre absoluta, ", dijo el científico del programa NIST Stephen Russek." Es importante conocer las incertidumbres en detalle, porque se propagan a través de la cadena de calibración. Tenemos una incertidumbre de medición de más o menos un 1 por ciento en nuestro laboratorio, pero actualmente hay algo así como un 5 por ciento de incertidumbre en el mejor de los casos en los escáneres clínicos con fantasmas, y potencialmente el 20 por ciento o más al realizar mediciones basadas en imágenes en pacientes. Nuestro servicio está destinado a proporcionar un camino para obtener mejores y menores incertidumbres en las mediciones humanas ".

En su forma inicial, El nuevo servicio mide dos propiedades reveladoras fundamentales de las muestras:los tiempos de relajación del "giro" del protón T1 y T2. (El giro es un efecto cuántico análogo a la alineación de los polos norte y sur de una barra magnética). Estos son los tiempos que tarda la polarización del giro del protón, paralelo y perpendicular al campo magnético respectivamente, para recuperarse de ser perturbado por ondas de radio en un poderoso campo magnético.

Los dos tiempos de relajación son sensibles a las propiedades de los tejidos locales (por ejemplo, en el cerebro, T1 es más corto en materia blanca, más tiempo en materia gris). Y proporcionan "biomarcadores críticos, "Propiedades físicas que indican si el tejido está funcionando normalmente o si existe algún tipo de patología o daño tisular. También se utilizan para rastrear cómo una formación en particular, como un tumor, está respondiendo al tratamiento farmacológico.

Los tiempos de relajación de T1 y T2 pueden variar en muchos órdenes de magnitud, y el servicio NIST mide el tiempo de 4 milisegundos a 3 segundos. Los tiempos de relajación también son muy sensibles a la temperatura, por lo que las mediciones se realizan en un entorno térmico altamente controlado a intervalos específicos entre 0 ˚C y 50 ˚C.

Las incertidumbres se calculan utilizando un modelo informático basado en la física "diseñado para decirnos qué medidas esperaríamos obtener con todas las incertidumbres incluidas, "Stephen Russek dijo:"desde fluctuaciones de temperatura hasta que alguien encienda una aspiradora de al lado, así como la variación anticipada del operador ". El modelo contiene factores que explican los operadores imperfectos, así como la desviación del sistema entre los intervalos de calibración.

"Ahora, no hay nadie que ofrezca esta medida con trazabilidad SI, ", Dijo Russek." Somos la primera y única operación en hacerlo. Algunos biomarcadores son muy ambiguos y no se pueden cuantificar rigurosamente a menos que tenga este tipo de trazabilidad. Un ejemplo de un importante, pero difícil de cuantificar, el biomarcador es la hiperintensidad de la materia blanca [regiones de alta intensidad en las exploraciones cerebrales de resonancia magnética], que está relacionado con la degeneración de los nervios o las vainas de mielina que los rodean ".

Regiones similares de alta intensidad en las imágenes de resonancia magnética están relacionadas con la enfermedad de Alzheimer de inicio temprano y otros trastornos cognitivos. En el presente, es problemático comparar los resultados de los pacientes en diferentes sitios fotografiados con diferentes escáneres, lo que limita el poder de los estudios multicéntricos. Es probable que el nuevo servicio de medición mejore esa situación.

Aunque el servicio se limita actualmente a las mediciones de T1 y T2, "en unos seis meses esperamos ampliarlo para medir la difusión del agua, y eventualmente muchas más propiedades, "dijo la científica del programa NIST Kathryn Keenan.

"La difusión de agua en el cuerpo puede revelar todo tipo de información microscópica, por lo apretadas que están las células en un tumor canceroso, a la respuesta de ese tumor a un fármaco, cuando las células cancerosas mueren y se descomponen. Incluso puede trazar un mapa de cómo está conectado el cerebro, al observar cómo el agua se difunde preferentemente a lo largo de haces de nervios, o identificar rupturas en la conectividad cerebral por cambios en el comportamiento de difusión, "dijo Boss, quien lidera los esfuerzos del NIST para proporcionar estándares de difusión a la comunidad de MRI.

Otras técnicas de resonancia magnética pueden proporcionar información crítica sobre el flujo sanguíneo y el contenido de oxígeno, así como las propiedades eléctricas y mecánicas de los tejidos. El valor clínico de todos ellos podría beneficiarse de una rigurosa calibración de los dispositivos y protocolos utilizados para producir las imágenes.

"La meta, "Russek dijo, "es obtener trazabilidad dentro del cuerpo humano".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de NIST. Lea la historia original aquí.