Ressonância Magnética

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By: henriquebasa (32 month(s) ago)

Bom dia Marciel, tudo bom? Esse seu arquivo e posso dizer que está muito bom! Preciso fazer um trabalho e estou para conseguir uma bolsa em Iniciação Científica nessa área, por isso preciso estudar muito para que eu consiga essa bolsa! Você teria mais informações sobre Princípios Físicos de Ressonância Magnética? Ou algum arquivo que explique essa sua apresentação? Agradeço desde já a sua ajuda pois gostaria e precisaria muito conseguir essa bolsa. Obrigado! Henrique Badan (19) 9166-0920

Presentation Transcript

RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR: Princípios Físicos : 

RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR: Princípios Físicos Marciel S. Santos – R2 Física Médica / Radiodiagnóstico

Histórico : 

Histórico 1920 – estudos sobre as propriedades magnéticas dos núcleos atômicos; 1946 – Felix Block e Edward Purcell (USA); 1960 – Raymond Damadian (Ressonância)– RF; 1972 – Patente do 1º aparelho; 1977 – 1º Equipamento (“Indomitable”).

Propriedade do Núcleo Atômico : 

Propriedade do Núcleo Atômico Movimento de carga gera campo magnético

Ferramentas : 

Ferramentas

Princípios Básicos : 

Princípios Básicos Linhas de campo p/ diversas geometrias

Propriedades Microscópicas : 

Propriedades Microscópicas 3 mm3

Princípios Fundamentais : 

Princípios Fundamentais Átomos: emitem ondas em radiofreqüência quando submetido a forte campo magnético (0,1 a 2 T); Átomos que possuem nº de prótons ímpar; Precessão de seu momento magnético em torno do Campo B externo;

Slide 8: 

Um loop de corrente define um momento magnético µ (momento de dipolo magnético) Momento magnético As propriedades magnéticas dos materiais são consequência dos momentos magnéticos associados aos átomos (elétrons e núcleos) São as fontes do magnetismo dos materiais

Precessão : 

Precessão http://wwwrad.pulmonary.ubc.ca/stpaulsstuff/MRartifacts.html

Slide 10: 

diamagnético paramagnético ferromagnético A maioria dos tecidos no corpo são diamagnéticos (e- orbitais totalmente pareados) Alguns produtos da hemoglobina são paramagnéticos Diamagnéticos c<0, m<1 Paramagnéticos: c>0, m>1 Ferromagnéticos c>>0, m>>1

Núcleos com Spin : 

Núcleos com Spin M.A. Foster Magnetic Resonance in Medicine and Biology Pergamon Press, New York, 1984. %

Níveis de Energia : 

Níveis de Energia

n = g Bo : 

  n = g Bo

Ressonância : 

Ressonância f ( T, B)

Ressonância : 

Ressonância

Diagrama de tempo : 

Diagrama de tempo

Excitação – “Descitação” : 

Excitação – “Descitação” A RF produz um B1 na direção x` A quantidade de energia da RF, pela potência do pulso e duração, é chamada de Pulso de 90º. Dobrando-se a E ou o t implica num Pulso de 180º.

Relaxação T1 : 

Relaxação T1 Mz = Mo ( 1 - 2e-t/T1 )

Relaxação : 

Relaxação Volta ao estado de menor energia; À medida que as partículas relaxam o sinal diminui; O tempo de relaxação fornece sinal sobre o tecido; Tempos: T1 e T2.

Relaxação T1 - Longitudinal : 

Relaxação T1 - Longitudinal Precessão em ângulos cada vez menores; Sinal diminui ( T1 corresponde a 63%); f(estrutura, T, B); Ordem de centenas de 10-3 s, em tecido. Mz = Mo[ 1 – e-t/T1]

Relaxação T2 : 

Relaxação T2

Relaxação T2 - Transversal : 

Relaxação T2 - Transversal Precessão fora de fase; Influência do meio; Espalhamento da freqüência ressonante; Mx,y = Mo e-t/T2 ; Tecidos com estruturas rígidas: T1 > T2 (escuro); Tecido líquido: T1 = T2  3000ms.

Slide 23: 

Evolução temporal da relaxação transversal e longitudinal

Slide 24: 

Eventos no spin-eco Imediatamente após o pulso de 90 ° Mxy e FID é máximo, mas decai muito rapidamente Os momentos magnéticos defasam-se. Os mais rápidos ficam a frente dos mais lentos Um pulso de 180° é aplicado e giram os spins up para down Isto faz com que os vetores momento magnéticos individuais girem de 180 ° na direção X Resultado: spins “retadatários” tornam-se “líderes”, mas o sinal inicialmente ainda É fraco. Dipolos continuam a girar no plano XY e sofrem um processo de re-fasagem: os mais rápidos alcançam os mais lentos e o sinal Mxy aumenta Isto ocorre até um tempo t após o qual o sinal cai novamente devido a defasagem

Interferência de Campo : 

Interferência de Campo

Slide 26: 

Pulso RF transversal ressonante Se wx  w0 o sistema não entra em ressonância se wx = w0 , energia é transferida de forma eficiente aos núcleos Consequências na ressonância: a) alguns ou todos os prótons up são excitados ao estado down b) precessão em torno de X com w1 c) os prótons são também colocados em sincronismo, isto é, precessionam em FASE em torno de Z (com w0)

Slide 27: 

Pulso RF de 90º O campo transversal produz magnetização líquida no plano x-y, de modo que o vetor magnetização resultante M ”gira” em relação a Z o ângulo de desvio de Mz depende da intensidade do campo Bx e da duração do pulso Quando o pulso RF excita metade dos spins up para o estado down teremos Mz=0 e a magnetização fica toda no plano xy, girando em torno de Z com frequência w0 MRI baseia-se na emissão de uma série de pulsos de 90, repetidos em intervalos de tempo TR para formar a imagem. Pulso RF de 180º Pulso como dobro da intensidade de B(90) ou dobro da duração todos spins up passam para dowm e Mz torna-se -Mz

Slide 28: 

Mecanismos de relaxação Tendência termodinâmica : sistema tende a retornar ao seu estado de mínima energia ou de equilíbrio Isto pode ocorrer via dois mecanismos independentes de perda de E que atuam concomitantemente: a) spins retornam ao seu estado de menor energia (i.e. paralelo ao campo) Mz recupera “lentamente” seu valor ao longo do eixo Z b) os spins perdem a coerência mutua entre si. A componente de magnetização transversal Mxy decresce rapidamente.

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Acoplamento ressonante em diversos tecidos Gordura: Frequência de rotação são próximas da frequência de Larmor Transferência spin-rede eficiente e relaxamento rápido, i.e. T1 curto Água livre e outras moléculas leves: w(H20)>> w0. Acoplamento pouco eficiente, T1 longo Tecidos sólidos Átomos relativamente fixos, remoção de energia é muito pouco eficiente T1 muito longo (e.g. ossos, dentes, cálculos)

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Relaxação T2 2 Mecanismo inerente ao tipo de tecido interação depende da distância entre spins sólidos relaxação é mais rápida em sólidos: distâncias interatômicas são menores e DB maior água Devido a estrutura molecular da água , prótons estão relativamente afastados e a interação spin-spin intra e intermolecular é fraca. Movimentos térmicos tendem a suavizar DB Tecidos proteicos e gorduras Interação spin-spin um pouco mais intensa T2 curto T2 longo T2 intermediários

Slide 31: 

Curva de T1 Exemplo de efeito de TE no contraste Curva de T1 Curva de T2 H20 : T1 +longo Sólido: T1 interm. Gordura: T1 +curto H20 : T2 +longo Sólido: T2 +curto Gordura: T1 interm. TE longo (TE3): H20 claro - sólido escuro TE curto (TE2): gordura e H20 crossover, sólido escuro TE muito curto (TE1) : ponderação por T1 ou PD, água escura, gordura clara

Slide 32: 

T1 e T2 : alguns valores típicos Material T1 (ms) T2 (ms) Gordura 250 80 Fígado 400 40 Rins 550 60 Baço 400 60 Matéria branca 650 90 Matéria cinzenta 800 100 Fluido cerebro-espinal 2000 150 Água 3000 3000 OBS: T1 varia com o campo de forma mais marcante que T2

Slide 34: 

Relaxação de Mxy e o sinal de ressonância magnética Após o término do pulso de 90º , a magnetização Mxy oscilante induz nos enrolamentos da bobina RF uma tensão alternada de uns poucos mV os enrolamentos agora funcionam como um receiver sintonizado como um rádio para captar apenas o sinal da frequência de ressonância a amplitude ou envelope do sinal é amostrada e digitalizada, gerando o controle de tons de cinza de cada pixel na imagem Mxy tende a zero com o tempo de modo que o sinal é senoidal atenuado. Este sinal é chamado “free induction decay” note: apenas Mxy produz um sinal de RM, mas o sinal produzido por um pulso de 90º depende do valor de Mz imediatamente antes do pulso ser aplicado.

Slide 35: 

A sequência spin-eco Na prática o sinal FID é raramente medido porque o mesmo decai muito rápido com constante de tempo T2* da ordem de poucos ms. Estratégia para remover efeitos de inomogeneidade de campo e manter o efeito de T2 que é vinculado as propriedades do tecido deve ser aplicada: Sequência spin-eco cada pulso de 90° é seguido t s após por um pulso de 180° O sinal é medido num tempo t =TE=2t

Seqüência de Sinal-Eco : 

Seqüência de Sinal-Eco

Efeito de contraste : 

Efeito de contraste

Formação da Imagem Parte II : 

Formação da Imagem Parte II

Codificação da Freqüência : 

Codificação da Freqüência

Retroprojeção : 

Retroprojeção Gy = Gff Sin q Gx = Gff Cos q

Seleção do corte : 

Seleção do corte

Codificação da Fase : 

Codificação da Fase n = g ( Bo + x Gx) = no + g x Gx

Imagem TF : 

Imagem TF 128 ou 256 vezes

Transformação de Fourier : 

Transformação de Fourier

Slide 46: 

( n - no ) = g x Gf

Slide 49: 

Formação da imagem: gradientes de campo Identificação de sinais de voxeis individuais: Seleção da fatia Seleção da linha E seleção do ponto Campos magnéticos em gradiente Gz, Gx, Gy

Slide 50: 

Note: gradientes na direção z ! e modulação de amplitude em x ou y Gradientes: visão espacial do campo Bobinas de Maxwell

Slide 51: 

Fatia - transversal DC é enviado a um par de bobinas Gradiente (alguns mT/m) pés-cabeça Gradiente de w0 : Transmissor RF envia um pulso de banda estreita Apenas prótons numa certa fatia do corpo (com w ressonante) serão excitados Pulso RF e gradiente aplicados juntos no início da sequência

Slide 52: 

Fatia tipicamente 2-10 mm

Slide 53: 

Seleção de linha na fatia Só com Gz, sinal é de toda a fatia Durante aquisição do eco MR, DC é aplicado em bobina XX Gradiente de w em XX Receiver é ajustado para receber apenas uma banda estreita de w Sinal de RF é amostrado (FT) em 256 ou 512 intervalos de w Tempo de amostragem ~ 15 ms p/ 256 intervalos Pixels em torno de 1 mm

Slide 54: 

Seleção do pixel Entre o pulso de 90 -180, DC excita (≈ms) enrolamentos YY Gradiente de w em YY Após o pulso, todos precessionam novamente com o mesmo w (emitem o mesmo sinal RF) Contudo diferenças de fase permanecem Existe uma gradiente de fase do sinal oriundo de diferentes pixels Diferenças de fase podem ser detectadas eletronicamente

Slide 55: 

O sinal RM emitido pela fatia inteira é então uma mistura (espectro) de frequências (coordenada X) e fases (coordenada Y) que são identificados utilizando transformadas de Fourier Na prática sequência de gradientes pode ser mais complicada Gradientes: visão geral o gradiente Z define a fatia e é aplicado quando o pulso RF é transmitido O gradiente Y produz uma mudança na fase e é aplicado entre o pulso de 90 e 180° (e repetido 256 vezes, 1 por cada sequência, cada vez com gradiente maior) O gradiente X produz uma mudança de frequência e é aplicado na hora de coletar o sinal de RM

Slide 56: 

Influencia do número de steps de fase na qualidade da imagem

Slide 57: 

1. Visão geral do problema Os spins dos núcleons não pareados que compõem as moléculas do corpo são alinhados por um forte campo magnético externo (1-3 T)

Slide 58: 

Um sinal RF de freqüência apropriada é enviado ao corpo de modo a induzir a transição dos spins para estados de maior energia (fliping, realinhamento dos spins) RF

Slide 59: 

Após o pulso de excitação os núcleons geram um sinal de RF ao voltarem ao estado fundamental (sinal de MR) Se sinal vem de todo o corpo como saber a posição do volume emissor ??? Isto é feito através de vários mecanismos de relaxamento

Slide 60: 

z z z z z z Para criar a imagem (i.e identificar cada elemento de volume emissor no paciente) é necessário o uso de campos magnéticos adicionais que vão induzir gradientes de campo ao longo dos eixos x,y e z este processo é chamado codificação espacial (spatial encoding) z y x

Obrigado!! : 

Obrigado!! “Porque Deus amou o mundo de tal maneira que deu o seu Filho unigênito, para que todo aquele que nele crê não pereça, mas tenha a vida eterna.” João 3:16