Rm aula1

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Rm aula1

  1. 1. 07/09/13   1   Ressonância Magnética Nuclear Marcos Ely Andrade marcos.ely@gmail.com Disciplina ›  Aulas expositivas ›  Pesquisas ›  Artigos científicos ›  Livros ›  Internet ›  Listas de exercício ›  Avaliações ›  2 provas ›  Avaliação de eficiência ›  Exercícios RMN – FACIPE O que é RMN??? RMN Decifrando RMN ›  Ressonância – oscilação de um sistema em máxima amplitude em certa “frequência ressonante” RMN – o que é?
  2. 2. 07/09/13   2   O que é ressonância? Ressonância Decifrando RMN ›  Ressonância – oscilação de um sistema em máxima amplitude em certa “frequência ressonante” ›  Magnética – utiliza campo magnético RMN – o que é? Campo magnético Decifrando RMN ›  Ressonância – oscilação de um sistema em máxima amplitude em certa “frequência ressonante” ›  Magnética – utiliza campo magnético ›  Nuclear – núcleo do átomo RMN – o que é?
  3. 3. 07/09/13   3   Átomo Nuclear 1.  O paciente é colocado no interior de um magneto 4.  O sinal é processado para formar a imagem RMN – como é? 2.  É enviado um sinal RF 3.  O paciente emite um sinal RMN – como é? Ressonância é uma tomografia??? ›  O que é tomografia? ›  Tomo – fatia, secção ›  Grafia – imagem ›  Como são as imagens de RMN? RMN – como é?
  4. 4. 07/09/13   4   Imagens por RMN – IRM IRM T2 FLAIR T2* T1 IRM IRM IRM
  5. 5. 07/09/13   5   O que acontece quando o paciente é colocado no interior do magneto? ? RMN – como é? Histórico Histórico "   1952 - Felix Bloch e Edward Purcell – fenômeno da ressonância magnética. "   1971 - Raymond Damadian – tecidos e tumores respondem de forma diferente ao efeito do campo magnético. "   1975 - Richard Ernst – método matemático para formação da imagem por ressonância magnética (IRM) "   1977 - Peter Mansfield – técnica da Imagem Eco Planar (IEP), desenvolvida nos anos seguintes para produzir imagens de vídeo na taxa de 30 ms / imagem. "   1992 – fIRM (funcional), possibilitando o mapeamento funcional de várias regiões do cérebro humano. "   2003 - Paul C. Lauterbur (Universidade de Illinois) e Peter Mansfield (Universidade de Nottingham) – prêmio Nobel em Medicina por suas descobertas no campo da Imagem por Ressonância Magnética. Revisão de física
  6. 6. 07/09/13   6   Revisão de física ›  Ressonância ›  Grandezas escalares e vetoriais ›  Magnetismo ›  Campo Magnético ›  Indução Magnética ›  Domínios magnéticos ›  Dipolo Magnético ›  Momento Magnético ›  Geração do Campo Magnético ›  Classificação das Substâncias Magnéticas Física aplicada à RMN Ressonância acústica Ressonância Ressonância Ponte de Tacoma, Ohio – 1940. http://www.youtube.com/watch?v=CQ9AHlwbLaI Ressonância    Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Grandezas  escalares  e  vetoriais   •  Na  Jsica  existem  grandezas  escalares  e  vetoriais   –  Escalares:  são  grandezas  que  ficam  perfeitamente   caracterizadas  quando  conhecemos  apenas  sua  intensidade   acompanhada  pela  correspondente  unidade  de  medida.   Tensão:  220  V  Massa:   110  kg  
  7. 7. 07/09/13   7      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Grandezas  escalares  e  vetoriais   •  Na  Jsica  existem  grandezas  escalares  e  vetoriais   –  Vetoriais:  são  grandezas  que  para  ficar  totalmente   caracterizada,  é  necessário  saber  não  apenas  a  sua  intensidade   ou  módulo  mas  também  a  sua  direção  e  o  seu  sen<do.     Velocidade:    45  km/h   (direção  norte-­‐sul,  sen<do  de  sul  para  norte)   NorteßSul      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Para  que  servem  os  vetores?   •  Os  vetores  auxiliam  na  solução  de  problemas  Jsicos  que   envolvem  grandezas  vetoriais.   •  Vetores  são  geralmente  representados  por  flechas.   Entretanto,  não   confunda  vetores   com  flechas.  Vetor  é   uma  representação   matemá>ca  para   uma  grandeza  Jsica.   +   =  0  =   +   a   b   a+b   a   a   2a   a   -­‐a      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Magne>smo   •  O  magne>smo  é  uma  propriedade  fundamental  da   matéria.  Toda  a  matéria  é  magné>ca  em  algum  grau.   O  aço  é  ferromagné<co  e  a   madeira  é  paramagné<ca   Um  ímã  “gruda”  na  porta  de   aço  da  geladeira,  porém  “não   gruda”  numa  porta  de  madeira.   O mais antigo livro de Medicina que se conhece, escrito cerca de 1000 anos antes de Cristo — o "Livro de Medicina Interna do Imperador Amarelo" — faz referência ao uso do magnetismo nas artes da cura. Há evidências, em obras hindus, egípcias e persas, de que as propriedades da magnetita eram conhecidas mesmo em épocas ainda mais remotas. Carla Poliana Souza
  8. 8. 07/09/13   8      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Campo  Magné>co,  B   •  Campo  magné>co  é  uma  região  em  torno  de  um  ímã  ou   de  uma  bobina   •  A  sua  representação  é  feita  a  través  de  linhas  de  campo   ou  linha  de  indução,  que  são  linhas  imaginárias  fechadas   que  saem  do  pólo  norte  e  entram  no  pólo  sul.   •  Cada  ponto  de  um  campo  magné>co  é  caracterizado  por   um  vetor  B,  denominado  vetor  indução  magné<ca,   sempre  tangente  às  linhas  de  campo  e  no  mesmo   sen>do  delas.      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Campo  Magné>co,  B   N   S   Linhas  de  indução      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Campo  Magné>co,  B   •  Ao  colocarmos  bússolas  em  torno  de  um  ímã  verificamos  que  estas  se   orientam  em  diversas  direções  devido  a  ação  de  forças  magné>cas.     •  O  ímã  cria  um  campo  magné>co  em  torno  de  si   N   S      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Campo  Magné>co,  B   A  primeira  teoria:  O  modelo  de  Descartes  para  o  magne>smo  terrestre.  
  9. 9. 07/09/13   9   Intensidade do campo magnético (B) Alguns valores de campo magnético (B) Descrição Intensidade aproximada (T) Superfície do núcleo atômico 1012 Superfície de uma estrela de nêutrons 108 Junto a um eletroímã de pesquisa de 2 a 4 Junto a um ímã de recados na geladeira 10-2 Na superfície do Sol 10-2 Na superfície da Terra 10-4 No espaço interestelar 10-10    Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Indução  Magné>ca   •  É  o  fenômeno  de  imantação  de  um  corpo  por  meio  de  um  campo   magné>co  externo  aplicado  ao  mesmo.   •  Exemplo:  um  prego  de  ferro  normalmente  não  é  imantado.      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Indução  Magné>ca   •  É  o  fenômeno  de  imantação  de  um  corpo  por  meio  de  um  campo   magné>co  externo  aplicado  ao  mesmo.   •  Exemplo:  um  prego  de  ferro  normalmente  não  é  imantado.   Porem,  quando  é  colocado  na  presença  de  um  ímã  o  vetor  indução   magné>ca  do  campo  por  ele  criado,  orienta  os  domínios   elementares  do  prego  imantado-­‐o.      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Domínio  magné>cos   •  Domínios  magné>cos  são  pequenas  regiões  dentro  do  material,   onde  cada  uma  delas  pode  ter  uma  determinada  orientação   magné>ca.   –  Materiais  que  possuem  seus  domínios  magné>cos  orientados   aleatoriamente,  não  apresentam  efeito  magné>co  resultante.  
  10. 10. 07/09/13   10      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Domínio  magné>cos   •  Domínios  magné>cos  são  pequenas  regiões  dentro  do  material,   onde  cada  uma  delas  pode  ter  uma  determinada  orientação   magné>ca.   –  Materiais  que  possuem  seus  domínios  magné>cos  alinhados,   apresentam  efeito  magné>co  resultante.      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Dipolo  magné>co   •  A  estrutura  magné>ca  mais  simples  é  o  dipolo  magné>co.     O  monopolo  magné>co  foi  proposto  por  Dirac  por  volta  de  1930,  e  teve  sua   existência  comprovada  em  2009.   hlp://www.inovacaotecnologica.com.br/no>cias/no>cia.php?ar>go=monopolos-­‐magne>cos-­‐ observados-­‐pela-­‐primeira-­‐vez&id=     O  dipolo  é  caracterizado  pelo  momento  de  dipolo   magné>co  (ou  momento  magné>co),  μ   Um  espira  de  corrente,  um  ímã  e  um  solenóide   são  exemplos  de  dipolos  magné>cos   Campo magnético Magnética Momento magnético ›  O Momento Magnético é uma grandeza vetorial que determina a intensidade da força que um imã pode exercer sobre uma corrente elétrica e o torque que o campo magnético gerado exerce sobre a mesma corrente. ›  O momento magnético influencia diretamente na intensidade do campo magnético e é uma medida da intensidade da fonte magnética de um corpo Momento magnético
  11. 11. 07/09/13   11      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Momento  magné>co,  μ   •  O  modelo  mais  simples  de  momento  magné>co  é  o  de   uma  espiral  condutora  de  eletricidade,  percorrida  por   uma  corrente  i  com  uma  área  definida  por  A.   •  Podemos  medir  o  momento  de  dipolo  se  colocarmos  um   campo  magné>co  externo  B  e  medirmos  o  valor  do   torque  τ  que  atua  sobre  a  espira.   μ  =      .A   τ  =  μ  x  B   Até 1820 pensava-se que os fenômenos elétricos e magnéticos não tinham relação entre si. Nesse ano, o físico dinamarquês H. Oersted (Universidade de Copenhague), realizou uma experiência mostrando que uma corrente elétrica produz um campo magnético. Eletromagnetismo James Clerk Maxwell criou 4 equações que descrevem o comportamento dos campos elétrico e magnético, bem como suas interações com a matéria. Estas equações resumem as leis fundamentais do eletromagnetismo: 1- Não existe carga magnética 2- Toda carga elétrica em movimento gera campo magnético 3-Todo campo magnético exerce uma força sobre uma carga elétrica em movimento Eletromagnetismo Geração do campo magnético ›  O campo magnético é gerado quando uma partícula carregada se move à corrente elétrica ›  Um fio condutor percorrido por uma corrente elétrica gera um campo magnético em sua volta, descrito pela lei de Ampère ›  A intensidade do vetor de indução magnética é representada por B. ›  A unidade da intensidade do campo magnético é o tesla (T) Campo magnético
  12. 12. 07/09/13   12      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Campo  magné>co,  B   Barra   Solenóide   Ferradura   Fio   Anel   Campo magnético de um solenóide ›  O campo magnético no interior de um solenóide pode ser calculado por: μ0 – permeabilidade magnética do vácuo (4π.10-7 T.m/A) i – corrente elétrica que percorre o solenoide N – número de espiras L – comprimento B = μ0.i N/L Solenóide    Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Classificação  das  substâncias  magné>cas   •  Quando  um  material  é  colocado  sobre  a  influência  de  um  campo   magné>co  e  aparecerem  forças  ou  torques,  se  trata  de  uma   substância  magné>ca.     •  Isso  é  verdadeiro  para  todas  as  substâncias,  mas  em  algumas  o   efeito  é  bem  mais  evidenciado,  e  essas  são  chamadas  de   magné>cas.   •  Os  materiais  que  sofrem  a  influência  do  campo  magné>co  pode  ser   divididos  em  três  categorias:   •  Diamagné>cos   •  Paramagné>cos   •  Ferromagné>cos      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Substâncias  Ferromagné>cas   •  São  aquelas  cujos  os  domínios  magné>cos  se  orientam   facilmente  quando  subme>do  a  ação  de  um  campo   magné>co  externo.   •  Possuem  susce>bilidade  magné>ca  muito  maior  que  1   (μ>>1).   •  Exemplos:  ferro,  níquel  e  cobalto.  
  13. 13. 07/09/13   13      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Substâncias  Paramagné>cas   •  São  aquelas  cujo  domínio  magné>cos  não  se  orientam   facilmente  sob  a  ação  de  um  campo  magné>co  externo.   •  A  imantação  é  pouco  intensa.  Possuem  suscep>bilidade   magné>ca  menor  que  1  (μ<1).   •  Exemplos:  madeira,  pla>na,  plás>co  e  oxigênio.      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Substância  Diamagné>ca   •  São  aquelas  cujos  domínios  magné>cos  se  orientam  em   sen>do  contrário  ao  vetor  de  indução,  sendo,  portanto   repelidos  pelo  campo  magné>co  externo.   •  Possuem  susce>bilidade  magné>ca  nega>va.   •  Exemplos:  Mercúrio,  prata,  água  e  chumbo.   “A  maioria  dos  tecidos  humanos  são  diamagné:cos.”   Levitação diamagnética Intensidade do campo magnético: 16 T http://www.youtube.com/watch?v=GLvA4p1QTXo Fundamentos da RMN Ressonância – Marcos Ely Andrade
  14. 14. 07/09/13   14   O que representam estas imagens? Imagens de CT Imagem por RM e o átomo de Hidrogênio O que representam as imagens de RM? Representa o comportamento do átomo de hidrogênio RMN e H Átomo de 1H H    Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Imagem  por  RM  e  o  átomo  de  Hidrogênio   •  A  formação  de  imagem  de  RM  devesse  principalmente  as   interações  do  próton  do  núcleo  do  ¹H.     Mo>vos  Jsicos   –  O  próton  do  ¹H  apresenta  o  maior  sensibilidade  as  campos  magné>cos;   –  Possui  uma  abundância  natural  de  99,98%.     Mo>vos  biológicos   –  Aproximadamente,  10%  da  massa  corporal  é  devido  ao  átomo  de  ¹H;   –  As  imagens  só  são  possíveis  para  pequenas  moléculas  que  contenham     o  ¹H,  como  é  o  casos  da  água;   –  As  caracterís>cas  de  ressonância  do  ¹H  nos  tecidos  doentes  e  saudável   geralmente  é  diferente,  porque  a  quan>dade  de  água  varia  
  15. 15. 07/09/13   15   Sensibilidade de átomos a campos magnéticos externos Símbolo Elemento Abundância natural (%) Concentração nos Tecidos (mol/kg) Sensibilidade a campos magnéticos externos (%) ¹H Hidrogênio 99,98 100 100,00 ¹³C Carbono 1,1 1,1 1,59 19F Flúor 100 Desprezível 83,30 ²³Na Sódio 100 0,15 9,25 ³¹P Fósforo 100 0,001-0,05 6,63 39K Potássio 93,1 0,05 0,05 Átomos sensíveis a B 3 tipos de movimentos Spin •  Elétrons orbitando o núcleo •  Elétrons girando em volta de si •  Núcleo girando em volta de si    Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Spin   •  O  spin  é  um  propriedade   fundamental  da  matéria,   assim  como  a  carga  elétrica   e  a  massa.   •  O  spin  é  dado  em  múl>plos   de  ½  e  pode  ser  nega>vo  ou   posi>vo.   •  Dois  prótons  com  spins  -­‐½  e   +½  (pareados)  eliminam   qualquer  efeito  observável.   •  A  RM  só  pode  ser  aplicada  a   átomos  que  possuem   núcleos  não-­‐pareados   (massa  ímpar)      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Spin   Núcleo   μ   Spin   n   -­‐1,91   ½   ¹H   2,79   ½   ²H   0,86   1   ¹²C   0   0   ¹³C   0,702   ½   μ    -­‐  momento  magné>co  
  16. 16. 07/09/13   16      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   O  núcleo  do  átomo  de  ¹H  possui   um  próton  em  seu  núcleo.   O  próton  possui  um  movimento   de  giro,  ou  spin,  em  torno  do   seu  próprio  eixo.   O  movimento  de  cargas  gera   uma  corrente    elétrica.   Por  consequência,  a  corrente   gera  um  campo  magné>co  ao   seu  redor...   ...com  pólos  norte  e  sul  e  um   momento  magné>co  μ   Ou  sej,a  núcleos  de  átomo  de   hidrogênio  podem  ser  vistos   como  pequenos  ímãs.   μ   Norte   Sul   Aproximação  clássica  ¹H   Hidrogênio e campo magnético externo ›  Na ausência de um campo magnético externo, os núcleos de H são orientados aleatoriamente H e campo magnético Hidrogênio e campo magnético externo ›  Na presença de um campo magnético externo forte e estático, os núcleos de H são alinhados ›  Alguns são alinhados paralelamente ›  Outros no sentido oposto H e campo magnético B    Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   B0  =  1,5  T   Interação  com  um  campo  magné>co  está>co  
  17. 17. 07/09/13   17      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   B0  =  1,5  T   -­‐½γB0ħ   ½γB0ħ   ΔE   Estado  de  maior  energia   Estado  de  menor  energia   Interação  com  um  campo  magné>co  está>co   γ  -­‐  constante  giromagné>ca      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   B0  =  1,5  T   ΔE   Interação  com  um  campo  magné>co  está>co      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   B0  =  1,5  T   ΔE   T  =  300  K   Momento  magné>co  resultante   Energia térmica ›  Núcleos de H com alta energia térmica possuem energia suficiente para se opor ao campo magnético. ›  Se aumentarmos a intensidade do campo magnético, cada vez menos núcleos de H conseguirão se opor ›  A energia térmica dos núcleos é determinada pela temperatura do paciente, mas não varia muito para pequenas mudanças de temperatura ›  Em equilíbrio térmico, a maioria dos núcleos possuem baixa energia e se alinham paralelos ao campo magnético H e campo magnético
  18. 18. 07/09/13   18      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné>ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   007   O corpo humano, sob ação do campo magnético terrestre de 0,3 gauss (3.10-5 T), os momentos magnéticos não possuem uma orientação espacial definida. 1 T=10.000 G A magnetização resultante de um volume de tecido é zero. H e campo magnético O paciente é posicionado no interior do magneto sob ação de um campo magnético de, por exemplo, 1,5 T, os prótons de hidrogênio irão se orientar de acordo com a direção do campo aplicado. 1 T=10.000 G Os prótons de hidrogênio apontam tanto paralelamente quanto antiparalelamente ao campo. As duas orientações representam dois níveis de energia que o próton pode ocupar. H e campo magnético S N Magnetização
  19. 19. 07/09/13   19   S N Precessão Precessão de um pião Precessão 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

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