O documento discute o tema da ressonância magnética nuclear (RMN). Apresenta conceitos básicos sobre RMN, como o que é ressonância, campo magnético e núcleo atômico. Também explica como funciona o processo de RMN para gerar imagens, os principais tipos de imagens e o histórico do desenvolvimento da técnica.

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. 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. 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. 07/09/13
4
Imagens por RMN – IRM
IRM
T2 FLAIR
T2* T1
IRM
IRM IRM

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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