Ressonância Magnética Nuclear

Apresentação em tema: "Ressonância Magnética Nuclear"— Transcrição da apresentação:

1 Ressonância Magnética Nuclear
RCB0204 Fundamentos de Física, Química e Matemática para Análise de Fenômenos Biológicos II Ressonância Magnética Nuclear Prof. Dr. Paulo Mazzoncini de Azevedo Marques Centro de Ciências das Imagens e Física Médica Departamento de Clínica Médica Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP

2 RMN - DEFINIÇÕES Ressonância Magnética nuclear (RMN) é a transição ressonante entre estados de spin nuclear de certos núcleos sob efeito de um campo magnético externo. Somente certos núcleos, aqueles que possuem uma rede de momentos angulares de spin (núcleos com número ímpar de prótons ou número par de prótons e ímpar de nêutrons), podem ser observados pela técnica de RMN. O momento angular de spin é importante porque representa uma “carga de spin”. Essa carga produzirá um momento de dipolo magnético (MDM), que faz com que os núcleos com carga de spin se comportem como uma minúscula barra magnética. O MDM é uma medida da força ou tamanho do pequeno magneto.

3 RMN - DEFINIÇÕES O MDM relaciona-se com o momento angular de spin proporcionalmente a uma grandeza chamada razão de giro magnético (). A razão de giro magnético possui um único valor para cada núcleo. Se o magneto nuclear é posto em um campo magnético, H, ele tentará se alinhar com este campo. As leis da física quântica mostram que não é possível o alinhamento exato, somente algumas orientações específicas são permitidas. Existe uma energia específica para cada uma dessas orientações. Em uma amostra de tamanho observável existe um grande número de núcleos. Em situação normal o número de núcleos em cada estado de spin é aproximadamente o mesmo, com cerca de 1 núcleo por milhão a mais no estado mais baixo de energia. Esse excesso de núcleos é representado por uma quantidade chamada Magnetização (M).

4 RMN - DEFINIÇÕES Os núcleos podem fazer uma transição de um estado de energia para outro ganhando ou perdendo uma quantidade de energia exatamente igual à diferença entre esses estados. A RMN é a transição induzida entre estados de spin. O alinhamento inexato dos magnetos nucleares no campo H faz com que estes precessem ao redor do campo. A frequência de precessão é chamada Frequência de Larmor (L) e depende do núcleo e do campo magnético. L = H/2

5 RMN - DEFINIÇÕES Os núcleos para mudar de estado devem perder ou ganhar energia exatamente igual a de um fóton com frequência igual a frequência de Larmor (ou seja, um fóton com frequência de ressonância). Quando em um campo magnético, M irá se alinhar ao longo de H. A RMN faz com que M se mova dessa posição paralela a H e, então, observa seu retorno a essa posição (note-se que são mudanças de estado de spin dos núcleos). Faz-se o vetor M precessar ao redor de um segundo campo H1, o qual está rodando ao redor de H, com a frequência de Larmor e em posição prependicular a este. O campo H1 é gerado aplicando-se uma voltagem alternada (alternando a frequência de Larmor) através de uma bobina de RF que circunda a amostra. Enquanto H1 estiver ativo, M irá precessar sobre H1 com frequência igual a  H1 /2.

6 RMN - DEFINIÇÕES Se H1 fica ativado até M rotacionar de 90o, temos um pulso de 90o, e se M rotacionar 180o, temos um pulso de 180o. Quando H1 é desativado, M precessa sobre H e retorna à sua orientação ao longo deste. Esse movimento de M induz um sinal na bobina de RF (também na frequência de Larmor). Esse sinal induzido é o sinal de RMN. Após um pulso de 90o o sinal induzido na bobina de RF é chamado de “Free Induction Decay” – FID

7 Codificação da Posição Espacial (gradiente de campo)
RMN - DEFINIÇÕES Codificação da Posição Espacial (gradiente de campo) TF

8

9 CAMPO MAGNÉTICO Equador 0,3 Tesla Pólos 0,7 Tesla 1,5-3,0-7,0 Tesla
1 Tesla = Gauss

10 RESSONÂNCIA MAGNÉTICA
Características Não ionizante Pacientes grávidas Melhor contrates entre estruturas anatômicas Cortes sagitais, coronais e axiais Estudos de funções fisiológicas

11 Produção dos voxels Gz – seleção da fatia
Gy – Codificação de fase dentro da fatia Gx – codificação em freqüência dentro da fatia

12 Sequência Spin Echo 2d-FT – 256x256 -> 256 seqüências de pulso
Cada seqüência necessita de um valor ≠ Gy Tanto Gz como Gy ficam ativos por um tempo bastante curtos (+ ou – 5 mseg). Formação da imagem se dá pelo ”eco” após p. de 180º. Eco ocorre depois de um tempo considerável do fim do pulso Tempo de formação do eco (TE) determinado pelo tempo entre p. de 90º e 180º. Que permite controlar a qualidade da imagem com base em T1 e T2.

13 Sequência Spin Echo Sinal forte = Branco Sinal Fraco = preto TE e TR
TE varia de 30 ms ate 150 ms. TR varia entre 0,5s e 2 a 3s para uma imagem 256x256, TR = 500ms --> 256x0,5s = 128s = 2min e 8s. para TR = 2000ms, tem-se 256x2s = 512s = 8min e 32s. Normalmente utiliza-se 2 imagens p/ cálculo de valor médio, portanto p/ 1 imagem de 256x256 com TR= 2s, seria necessário cerca de 17 min. Tempo de aquisição = Nº de seqüências de pulso x TR x Nº de sobreposições. Sinal forte = Branco Sinal Fraco = preto

14 The Essential Physics Of Medical Imaging
The Essential Physics Of Medical Imaging. Bushberg JT, Seibert JA, Leidholdt Jr. EM, Boone JM. Lippincott Williams  Wilkins, Philadelphia, USA, 2002.

15 The Essential Physics Of Medical Imaging
The Essential Physics Of Medical Imaging. Bushberg JT, Seibert JA, Leidholdt Jr. EM, Boone JM. Lippincott Williams  Wilkins, Philadelphia, USA, 2002.

16 The Essential Physics Of Medical Imaging
The Essential Physics Of Medical Imaging. Bushberg JT, Seibert JA, Leidholdt Jr. EM, Boone JM. Lippincott Williams  Wilkins, Philadelphia, USA, 2002.

17 Efeito do TR no contraste spin-echo
Short Long T1-weighted Spin Density Not Used T2-weighted Short Long TE TR = 0.5s TR = 2s TE