Rm aula2

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Ressonância Magnética Nuclear Marcos Ely Andrade [email protected]

HISTÓRICO

� 1952 - Felix Bloch e E d w a r d P u r c e l l descobriram o fenômeno da ressonância magnética

�  1 9 7 1 - R a y m o n d Damadian mostrou que os tecidos e os tumores respondem de forma diferente ao efeito do campo magnético o que motivou a comunidade científica a considerar a ressonância magnética como uma técnica para detecção de doenças.

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1977

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Relembrando… �  Núcleo do átomo de hidrogênio à gira (spin)

�  Por isso, o núcleo tem um momento magnético e funciona como um dipolo magnético

�  Os momentos são alinhados na presença de um campo magnético externo à alguns núcleos alinham a favor do campo e outros, no sentido contrário

B0 = 1,5 T

ΔE

Interação com um campo magnético estático S

N

Precessão

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Precessão � Spin adicional (causado pela presença

do campo magnético B0)

� A velocidade do giro é chamada de frequência de precessão ou frequência de Larmor (ω)

�  A frequência é dada em megahertz (MHz)

� 1 Hz é um ciclo por segundo

Precessão Princípios Físicos em Ressonância Magné<ca

IMIP 2009 -‐ Vagner Cassola

Precessão •  Os spins sobre o efeito de um

campo magné<co apresentam um movimento de precessão semelhante ao um peão.

•  A frequência de precessão depende do campo aplicado:

ω= γB0 (frequência de Larmor)

Constante giromagné<ca do H1

γ = 42,58 [MHz/T]

B0 é o campo magné<co do magneto

Princípios Físicos em Ressonância Magné<ca


Precessão

Núcleo Constante

giromagné2ca (MHz/T)

¹H 42,57

¹³C 10,71

²³N 11,26

³¹P 17,23

Constante giromagnética � A constante giromagnética do

hidrogênio é 42,57 MHz/T

�  Qual é a frequência de precessão do núcleo em um campo magnético de 1,0 T? � Quantas vezes por segundo o núcleo de

hidrogênio gira?

�  Qual seria frequência de precessão se o campo magnético aplicado for de 1,5 T?

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Precessão: sistema de coordenadas

Magneto



z

y x



z

y x



z

y x

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z

y x



z

y x



z

y

x



A’ A

z

y

x

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A’ A B’

B

z

y

x



A’ A B’

B

M

z

y

x



Paciente colocando interior do magneto

Magne2zação longitudinal

Como medir a magne<zação?



???

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Gerando uma magne<zação transversal



Como gerar a magne<zação transversal??

Enviando pulsos de radio frequência (RF) !!

Radiofrequência � O que é radiofrequência?

�  Energia eletromagnética

�  Pacotes de energia (ondas)

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O que acontece quando se envia um pulso RF?

Pulso RF

z

y

x

Ele causa uma mudança de polaridade no spin. Faz que os

núcleos passem do estado de baixa energia para o de alta energia.




Pulsos RF Por que nem todo pulso causa uma

mudança de polarização?

z

y

x



Frequência de Larmor ω= γB0


Pulsos RF Por que nem todo pulso causa uma

mudança de polarização?

Porque é necessário que o pulso RF ter a mesma frequência de

precessão do spin. Precisa estar em ressonância

z

y

x

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Ressonância � Fenômeno em que um objeto (ou um

núcleo atômico) é exposto a uma perturbação oscilante, com frequência igual à sua frequência de oscilação

�  Ao entrar em ressonância, o objeto exposto “ganha energia” desta “força” externa

�  Ao ganhar energia, a orientação do momento magnético do núcleo muda



Efeito do pulso de RF (B1) para diferentes frequências

RF = 0 RF = ω/2

B1 Magne<zação B0



RF = ω x 0,9 RF = ω

B1 Magne<zação B0




RF = ω x 1,5 RF = ω x 2,0

B1 Magne<zação B0


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Efeito do pulso RF z

y

x

e nem todos os prótons interagem com o pulso RF

Num sistema real existem vários prótons




y

x


No entanto os spins paralelos se an< paralelo se anulam




Efeito do pulso RF

Como resultado existe uma diminuição no vetor magne<zação longitudinal

z

y

x


No entanto os spins paralelos se an< paralelo se anulam





y

x

Existe um segundo efeito que surge da interação do pulso RF

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Efeito do pulso RF

Os spins se agrupam de forma que surge uma componente transversal de magne<zação

z

y

x

Existe um segundo efeito que surge da interação do pulso RF

Devido ao fato dos spins começam a precessar em fase.




y

x



Efeito do pulso RF

Diminui o vetor magne2zação longitudinal

Faz surgir uma componente de magne2zação longitudinal (precessão em fase)

ω

z

y

x



Efeito do pulso RF

Diminui o vetor magne2zação longitudinal

Faz surgir uma componente de magne2zação longitudinal (precessão em fase)

ω

z

y

x

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Magne<zação transversal

ω

O vetor de magne<zação transversal produz uma corrente que representa o sinal MRI

Assim como o spins este sinal possui uma frequência de precessão

Frequência de Larmor ω= γB0

z

y

x



Excitação •  Um spin excitado esta fora do estado de equilíbrio

B1 Magne<zação B0



Excitação e Relaxação

•  Quando o pulso de RF é desligado os prótons que estavam num estado excitado retornam para o estado anterior a aplicação do pulso.

•  O processo de retorno dos prótons ao estado anterior é chamado de relaxação.

Excitação / Relaxação

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Relaxação Pulso de 100°






Relaxação

•  Durante a relaxação: –  o vetor magne<zação longitudinal recupera o seu valor inicial

–  o vetor magne<zação transversal decai sua intensidade pois os spins saem de fase.

•  O movimento de precessão permanece durante todo o processo.



Relaxação

Decaimento Recuperação Precessão

•  A magne<zação retorna exponencialmente ao equilíbrio: – A constante de recuperação longitudinal é o T1 – A constante de decaimento transversal é o T2

•  A relaxação e a precessão são independentes.



Relaxação: recuperação longitudinal, T1

Tempo

Sinal

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Relaxação: decaimento transversal, T2

Tempo

Sinal

T1 – Relaxação Longitudinal ou Spin-Rede �  A curva de recuperação para o vetor

magnetização longitudinal retornar ao equilíbrio é descrita por uma curva exponencial. Este recuperação é caracterizada pela constante de tempo T1 que é característica de cada tecido.

�  Quando o tempo após o pulso t é igual a T1,

63% da magnetização longintudinal foi recuperada.

T2 – Relaxação Transversal ou Spin-Spin �  A curva de decaimento para o vetor

magnetização transversal em relação ao valor inicial de magnetização é descrita por uma curva exponencial. Este decaimento é caracterizada pela constante de tempo T2 que também característica de cada tecido.

�  Quando o tempo após o pulso t é igual a T2, a

magnetização transversal foi reduzida a 36,8% do valor inicial

�  O Valor de T2 diminui pois os spins deixam de estar em fase após o pulso de RF.



Constantes de relaxação em milissegundos para vários tecidos. Campo está<co de 1 ,5 T (frequência de precessão 63 MHz)

Tecido T1 T2

Músculo 863 47

Fígado 490 43

Rins 650 58

Gordura 260 84

Cérebro

Substância Cinzenta 920 101

Substância Branca 790 92

Liguor 2650 280

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Comparação das curvas T1 e T2



Imagem ponderada em T1

Contraste

(Mz/Mo)



Imagem ponderada em T2

Contraste

(Mxy/M

o)

Questões 1.  O que é a equação de Larmor e o que ela

calcula?

2.  Em que condição ocorre ressonância?

3.  A diferença entre a energia dos núcleos com spin para cima e para baixo depende de quê?

a.  Frequência de Larmor b.  Intensidade do campo magnético c.  Ângulo de precessão

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Questões 5.  A recuperação T1 é o retorno do eixo

de rotação do núcleo em relação a que plano?

a.  Transversal b.  Longitudinal c.  O spin não retorna

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