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  1. 1. 07/09/13   1   Ressonância Magnética Nuclear Marcos Ely Andrade marcos.ely@gmail.com 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.
  2. 2. 07/09/13   2   1977
  3. 3. 07/09/13   3   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
  4. 4. 07/09/13   4   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   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   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?
  5. 5. 07/09/13   5      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Precessão:  sistema  de  coordenadas   Magneto      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   z   y   x      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   z   y   x      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   z   y   x  
  6. 6. 07/09/13   6      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   z   y   x      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   z   y   x      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   z   y   x      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   A’   A   z   y   x  
  7. 7. 07/09/13   7      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   A’   A   B’   B   z   y   x      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   A’   A   B’   B   M   z   y   x      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Paciente  colocando  interior  do  magneto       Magne2zação     longitudinal   Como  medir  a   magne<zação?      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   ???  
  8. 8. 07/09/13   8      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Gerando  uma  magne<zação  transversal      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Como  gerar  a  magne<zação  transversal??   Enviando  pulsos  de  radio  frequência  (RF)  !!   Radiofrequência ›  O que é radiofrequência? ›  Energia eletromagnética ›  Pacotes de energia (ondas)
  9. 9. 07/09/13   9      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   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.      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   O  que  acontece  quando  se  envia  um  pulso  RF?   Pulsos  RF   Por  que  nem  todo  pulso  causa  uma   mudança  de  polarização?   z   y   x      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Frequência  de  Larmor   ω=  γB0   O  que  acontece  quando  se  envia  um  pulso  RF?   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  
  10. 10. 07/09/13   10   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    Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Efeito  do  pulso  de  RF  (B1)  para  diferentes  frequências   RF  =  0   RF  =  ω/2   B1   Magne<zação  B0      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   RF  =  ω  x  0,9   RF  =  ω   B1   Magne<zação  B0   Efeito  do  pulso  de  RF  (B1)  para  diferentes  frequências      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   RF  =  ω  x  1,5   RF  =  ω  x  2,0   B1   Magne<zação  B0   Efeito  do  pulso  de  RF  (B1)  para  diferentes  frequências  
  11. 11. 07/09/13   11      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Efeito  do  pulso  RF   z   y   x   e  nem  todos  os  prótons   interagem  com  o  pulso  RF   Num  sistema  real  existem   vários  prótons      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Efeito  do  pulso  RF   z   y   x   e  nem  todos  os  prótons   interagem  com  o  pulso  RF   No  entanto  os  spins  paralelos   se  an<  paralelo  se  anulam     Num  sistema  real  existem   vários  prótons      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Efeito  do  pulso  RF   Como  resultado  existe  uma   diminuição  no  vetor   magne<zação  longitudinal   z   y   x   e  nem  todos  os  prótons   interagem  com  o  pulso  RF   No  entanto  os  spins  paralelos   se  an<  paralelo  se  anulam     Num  sistema  real  existem   vários  prótons      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Efeito  do  pulso  RF   z   y   x   Existe  um  segundo  efeito  que   surge  da  interação  do  pulso  RF  
  12. 12. 07/09/13   12      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   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.      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Efeito  do  pulso  RF   z   y   x      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Efeito  do  pulso  RF   Diminui  o  vetor  magne2zação   longitudinal   Faz  surgir  uma  componente   de  magne2zação  longitudinal   (precessão  em  fase)   ω   z   y   x      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Efeito  do  pulso  RF   Diminui  o  vetor  magne2zação   longitudinal   Faz  surgir  uma  componente   de  magne2zação  longitudinal   (precessão  em  fase)   ω   z   y   x  
  13. 13. 07/09/13   13      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   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      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Excitação   •  Um  spin  excitado  esta  fora  do  estado  de  equilíbrio   B1   Magne<zação  B0      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   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
  14. 14. 07/09/13   14      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Relaxação   Pulso  de  100°   Relaxação   Pulso  de  65°   Relaxação   Pulso  de  90°   Relaxação   Pulso  de  180°      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   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.      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   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.      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Relaxação:  recuperação  longitudinal,  T1     Tempo   Sinal  
  15. 15. 07/09/13   15      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   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.    Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   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  
  16. 16. 07/09/13   16      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Comparação  das  curvas  T1  e  T2      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Imagem  ponderada  em  T1   Contraste   (Mz/Mo)      Princípios  Físicos  em  Ressonância  Magné<ca   IMIP  2009  -­‐  Vagner  Cassola   Imagem  ponderada  em  T2   Contraste   (Mxy/Mo)   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
  17. 17. 07/09/13   17   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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