Imagen de tejidos duros en sistemas MRI de bajo campo

[ES] La salud bucodental es una parte integral de la salud general y su adecuada valoración es esencial para prevenir, diagnosticar y tratar diversas patologías. Disponer de técnicas de imagen médica permite a los profesionales de la odontología obtener una visión más completa y precisa de las estructuras internas de la boca, incluyendo los dientes, huesos maxilares, tejidos blandos y zonas adyacentes. Estas técnicas siempre complementan de un modo u otro la inspección visual y táctil realizada por los dentistas, proporcionando información crítica que no puede ser obtenida de otra manera. Históricamente, la visualización bucodental basada en la tecnología desarrollada por la ciencia ha estado ligada a los rayos-X desde su descubrimiento en 1895. No obstante, la comunidad médica es consciente de los riesgos inherentes al uso de radiación ionizante, que es muy susceptible de causar daño celular y aumentar el riesgo de cáncer a largo plazo. Este hecho siempre ha sido poco cuestionado entre los dentistas, en tanto que siempre se consideró que los beneficios de las radiografías en la detección y tratamiento de enfermedades dentales superan con creces los riesgos si se utilizan de manera apropiada. Sin embargo, la propia evolución de las tecnologías usadas en medicina lleva naturalmente a imaginar un escenario futuro donde las técnicas de rayos-X quedarán en desuso. Por ello, resulta ya relevante plantearse qué alternativas inocuas pueden ser adoptadas como sustitutos de los rayos-X sin perder en esta transición ninguna de las excelentes prestaciones que ofrecen estas últimas. En ese sentido, la Resonancia Magnética (MRI) es, de entre todas las técnicas no invasivas y libres de radiación ionizante, la de mayor potencial en cuanto a resolución y versatilidad exploratoria. A pesar de que es una tecnología muy restringida fundamentalmente por su altísimo coste económico e impacto logístico, ya ha sido demostrada su utilidad en sistemas de alto campo para un buen número de patologías endodónticas y periodónticas. En contraposición, las leyes físicas que rigen un experimento en MRI presentan limitaciones fundamentales cuando son aplicadas a los tejidos más duros del cuerpo, como son el esmalte y la dentina. Por ello, aquellas patologías que afectan al interior de la corona dental resultan invisibles en las imágenes de MRI. Por estas razones, el objetivo perseguido en esta tesis consiste en evaluar las posibilidades de alcanzar un prototipo de escáner MRI certificable clínicamente, de bajo coste y polivalente para la inspección bucodental, con capacidad de poder visualizar tanto tejidos duros como blandos. Este propósito presenta un doble desafío. Por una parte, el hecho de querer hacer un dispositivo MRI de bajo coste que derogue la falta de accesibilidad obliga a repensar completamente el hardware convencional usado en MRI, buscando minimizar su impacto, coste y mantenimiento. Por otro lado, para superar las limitaciones de la MRI cuando es aplicada a tejidos duros, se hace crucial desarrollar estrategias mucho más disruptivas para la codificación eficiente de los tejidos duros, que se alejan completamente de las secuencias de pulsos usadas comúnmente en la MRI clínica. Con las miras puestas en explorar los límites de la MRI aplicada a tejidos dentales, en esta tesis se ha abordado la construcción y validación de tres escáneres MRI de bajo campo magnético buscando una transición progresiva hacia el régimen in-vivo. En paralelo con el montaje de estos prototipos, se han abordado distintos estudios experimentales enfocados en aumentar la eficiencia de detección y reconstrucción de las señales de resonancia de los tejidos dentales tratando de exprimir las capacidades de la MRI frente a los rayos-X. Por tanto, esta tesis coloca una primera piedra en el posible escenario futuro de poder amparar la exploración bucodental exclusivamente a técnicas inocuas, accesibles y de altas prestaciones.

[CA] La salut bucodental és una part integral de la salut general i la seva valoració adequada és essencial per a prevenir, diagnosticar i tractar diverses patologies. Disposar de tècniques d'imatge mèdica permet als professionals de l'odontologia obtenir una visió més completa i precisa de les estructures internes de la boca, incloent els dents, ossos maxil·lars, teixits tous i zones adjacents. Aquestes tècniques sempre complementen, d'una manera o altra, la inspecció visual i tàctil realitzada pels dentistes, proporcionant informació crítica que no pot ser obtinguda d'una altra manera. Històricament, la visualització bucodental basada en la tecnologia desenvolupada per la ciència ha estat lligada als raigs-X des del seu descobriment el 1895. No obstant això, la comunitat mèdica és conscient dels riscos inherents a l'ús de radiació ionitzant, que és molt susceptible de causar dany cel·lular i augmentar el risc de càncer a llarg termini. Aquest fet sempre ha estat poc qüestionat entre els dentistes, ja que sempre es va considerar que els beneficis de les radiografies en la detecció i tractament de malalties dentals superen amb escreix els riscos si s'utilitzen de manera apropiada. No obstant això, l'evolució mateixa de les tecnologies usades en medicina porta naturalment a imaginar un escenari futur on les tècniques de raigs-X quedaran en desús. Per això, resulta ja rellevant plantejar-se quines alternatives inocues poden ser adoptades com a substituts dels raigs-X sense perdre en aquesta transició cap de les excel·lents prestacions que ofereixen aquests últims. En aquest sentit, la Ressonància Magnètica (RM) és, entre totes les tècniques no invasives i lliures de radiació ionitzant, la de major potencial en quant a resolució i versatilitat exploratòria. Malgrat que és una tecnologia molt restringida fonamentalment pel seu altíssim cost econòmic i impacte logístic, ja ha estat demostrada la seva utilitat en sistemes d'alt camp per a un bon nombre de patologies endodòntiques i periodontals. En contraposició, les lleis físiques que regeixen un experiment en RM presenten limitacions fonamentals quan són aplicades als teixits més durs del cos, com són l'esmalt i la dentina. Per això, aquelles patologies que afecten l'interior de la corona dental resulten invisibles en les imatges de RM. Per aquestes raons, l'objectiu perseguit en aquesta tesi consisteix a avaluar les possibilitats d'assolir un prototip d'escàner RM certificable clínicament, de baix cost i polivalent per a la inspecció bucodental, amb capacitat de visualitzar tant teixits durs com tous. Aquest propòsit presenta un doble repte. D'una banda, el fet de voler fer un dispositiu RM de baix cost que superi la falta d'accessibilitat obliga a repensar completament el hardware convencional usat en RM, buscant minimitzar el seu impacte, cost i manteniment. D'altra banda, per superar les limitacions de la RM quan s'aplica a teixits durs, es fa crucial desenvolupar estratègies molt més disruptives per a la codificació eficient dels teixits durs, que s'allunyen completament de les seqüències de pulsos usades habitualment en la RM clínica. Amb la mirada posada en explorar els límits de la RM aplicada a teixits dentals, en aquesta tesi s'ha abordat la construcció i validació de tres escàners RM de baix camp magnètic buscant una transició progressiva cap al règim in-vivo. En paral·lel amb el muntatge d'aquests prototips, s'han abordat diferents estudis experimentals enfocats a augmentar l'eficiència de detecció i reconstrucció de les senyals de ressonància dels teixits dentals intentant exprémer les capacitats de la RM davant els raigs-X. Per tant, aquesta tesi posa una primera pedra en el possible escenari futur de poder emparar l'exploració bucodental exclusivament a tècniques innocues, accessibles i de grans prestacions.

[EN] Oral health is an integral part of general health, and its proper evaluation is essential for preventing, diagnosing, and treating various pathologies. Having access to medical imaging techniques allows dental professionals to obtain a more complete and precise view of the internal structures of the mouth, including the teeth, jawbones, soft tissues, and adjacent areas. These techniques always complement, in one way or another, the visual and tactile examination carried out by dentists, providing critical information that cannot be obtained in any other way. Historically, dental visualization based on technology developed by science has been linked to X-rays since their discovery in 1895. However, the medical community is aware of the risks inherent in the use of ionizing radiation, which is highly susceptible to causing cellular damage and increasing the long-term risk of cancer. This fact has always been little questioned among dentists, as it was considered that the benefits of X-rays in detecting and treating dental diseases far outweigh the risks when used appropriately. However, the evolution of the technologies used in medicine naturally leads to imagining a future scenario where X-ray techniques will be obsolete. Therefore, it is already relevant to consider which harmless alternatives could be adopted as substitutes for X-rays without losing any of the excellent features they offer during this transition. In this regard, Magnetic Resonance Imaging (MRI) is, among all non-invasive techniques that are free of ionizing radiation, the one with the greatest potential in terms of resolution and exploratory versatility. Despite being a technology that is highly restricted, mainly due to its extremely high economic cost and logistical impact, its usefulness has already been demonstrated in high-field systems for a considerable number of endodontic and periodontal pathologies. In contrast, the physical laws governing an MRI experiment present fundamental limitations when applied to the harder tissues of the body, such as enamel and dentin. Therefore, those pathologies affecting the interior of the dental crown are invisible in MRI images. For these reasons, the goal pursued in this thesis is to assess the possibilities of achieving a clinically certifiable MRI scanner prototype that is low-cost and versatile for oral health inspection, with the capability of visualizing both hard and soft tissues. This goal presents a dual challenge. On one hand, the desire to create a low-cost MRI device that addresses the lack of accessibility requires a complete redesign of the conventional MRI hardware, aiming to minimize its impact, cost, and maintenance. On the other hand, to overcome the limitations of MRI when applied to hard tissues, it is crucial to develop much more disruptive strategies for the efficient encoding of hard tissues, completely deviating from the pulse sequences commonly used in clinical MRI. With the goal of exploring the limits of MRI applied to dental tissues, this thesis has addressed the construction and validation of three low-field MRI scanners, aiming for a progressive transition towards the in-vivo regime. In parallel with the assembly of these prototypes, various experimental studies have been carried out focused on increasing the efficiency of detection and reconstruction of resonance signals from dental tissues, trying to exploit MRI capabilities over X-rays. Therefore, this thesis lays the first stone in the possible future scenario of supporting dental exploration with harmless, accessible, and high-performance techniques.

Tesis por compendio