ressonância magnética nuclear
DESCRIPTION
Trabalho e Slide sobre a Ressonância magnética e todos os seus processos.TRANSCRIPT
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 1/44
Ressonância Magnética
Aluno : Bruno Raphael Pereira Morais
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 2/44
Histórico
• 1873 – Maxwell , com sua teoria para campos elétricos emagnéticos. Lorentz com a Teoria do Elétron.
• 1887 – Hertz – Radiofrequência• 1924 – Pauli – Magnetismo Nuclear
• 1946 – Felix Bloch(Stanford) e Edward Purcell (Harvard)
descreveram em trabalhos independentes a ressonânciamagnética em sólidos.
• 1971 – Raymond Damadian demonstra que as constantes derelaxação da água são bastante diferentes em tumores malignosde ratos quando comparados a tecidos normais. Produziu umaimagem por RMN do tumor de um rato.
• 1973 – Paul Lautebur publica a primeira imagem RMN de um
objeto heterogêneo.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 3/44
Histórico
• 1977 – Raymond Damadian publica a primeira imagemhumana obtida por RMN.
• 1980 – Primeira imagem de qualidade do cérebroproduzida por um grupo na universidade de Nottingham.
• 1981 – Publicados primeiros estudos usando IRMN empacientes.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 4/44
Spin Nuclear
- Propriedade fundamental de todas as partículaselementares: prótons, nêutrons e elétrons.
- Trata-se do momento angular pertencente àpartícula em questão.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 5/44
Spin Nuclear
- Partículas com spins em sentidos opostoscancelam-se em valor. O Spin total de uma rede
de núcleos depende do número de partículas quenão se cancelaram.
- O valor é sempre em múltiplos de 1/2.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 6/44
Spin Nuclear
Se aplicamos um
campo magnéticoexterno B0, os spinsse alinharão ou
paralelamente, ou emsentido contrário aeste campo.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 7/44
Spin Nuclear
No entanto, o
alinhamento não seráexato: a partícularodará em torno de
um eixo na direçãodeste campoaplicado, graças ao
movimento deprecessão dosprótons.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 8/44
Spin Nuclear
Este efeito chama-se
“Efeito Zeeman”, e foidescoberto pelo físicoHolandês Peter
Zeeman em 1897 eexplicado por Lorentzem sua “Teoria do
Elétron” no mesmoano.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 9/44
Spin Nuclear
• A precessão acontece em uma certa
frequência chamada frequência de Larmor.• Depende de uma frequência giromagnética da
partícula em questão e do módulo da
intensidade do campo magnético externoaplicado.
• Para um átomo de hidrogênio, este valor éaproximadamente 42,85 x |B|
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 10/44
Hidrogênio
• Razões para escolhermos o hidrogênio:
• - Possui um valor alto para a constantegiromagnética, ou seja, maior sensibilidade àação de campos magnéticos.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 11/44
Rede de Magnetização
É a soma dos vetores de magnetização de
todos os spins. Contém 2 componentes:
Magnetização Longitudinal : Paralela ao eixo.Causada pelos prótons restantes em baixonível de energia.
Magnetização Transversal: Perpendicular aoeixo.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 12/44
Rede de Magnetização
Ao aplicarmos uma
radiofrequência (RF) demesma frequênciaangular que o sistema
sobre a rede demagnetização, o vetor édeslocado para longe do
campo magnético B porressonância.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 13/44
Rede de Magnetização
O ângulo em que essa
RF é aplicada em relaçãoà rede de magnetizaçãoaltera a direção final da
rede, gerando umainclinação.
Este ângulo é chamado
de ângulo de giro (flipangle)
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 14/44
Rede de magnetização
• A diferença de energiaentre a orientação natural
do spin e a forçada éemitida na forma de ondaseletromagnéticas nafrequência de Larmor.
• Graças ao alinhamentomagnético das ondas, estepulso eletromagnético geraum sinal RF quechamamos de FID.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 15/44
Rede de Magnetização
Ao término do pulso de RF, os prótons irão re-radiar aenergia absorvida e o vetor da rede de magnetização
retornará ao seu estado de equilíbrio.
Chamamos de relaxamento T1 o tempo que leva paraa componente de magnetização longitudinal Mzretornar ao seu estado de equilíbrio.
Analogamente, relaxamento T2 é o tempo para acomponente Mxy, de magnetização transversa.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 16/44
Tempos de Relaxamento
Esses tempos de relaxamento dependem de
vários fatores, como a intensidade da RF e docampo magnético usados, da uniformidadedesses campos magnéticos, do tipo de tecido
orgânico, da interação entre prótons, entreoutros.
Imperfeições no campo magnético externo
influenciam nos spins de cada próton, criandoum desvio transverso para fora da direçãoesperada, alterando T2 para T2*.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 17/44
Tempos de Relaxamento
Esse tipo de relaxamentodeve ser corrigido
aplicando-se outro pulsoRF para realinhar osprótons, invertendo osentido dos spins. Otempo até que os prótonsse realinhem é chamadode echo time .
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 18/44
Tempos de relaxamento
Interações entre spins ocorrem maisrapidamente, por isso T2 é sempre menor.
Moléculas maiores movem-se mais lentamente,causando a T1 aumentar graças à dificuldade
que a molécula tem em dissipar energia.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 19/44
Tempos de Relaxamento
T1 e T2 dependem de todos os compostos quecontém prótons de hidrogênio no volumemedido.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 20/44
Gradientes
Variamos o campo magnético aplicado deforma que o valor diminua da cabeça aos pés,formando um gradiente.
A frequência de Larmor terá que variar tambémpara que possamos detectar a composiçãointerna através da ressonância.
Será feito um mapeamento de intensidades,posições e frequências angulares.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 21/44
Gradientes
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 22/44
Gradientes
No eixo z (vertical) será feita a seleção de fatia.(slice selection).
Os eixos x e y são responsáveis pelascodificações de frequência e de fase.
As posições (x,y) de cada ponto sãoencontradas através das frequências e fases despin de cada ponto lido. Dois camposmagnéticos gerenciam como esses pontosestarão distribuídos.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 23/44
Gradientes
Este processo é feito em duas etapas e échamado de codificação espacial .
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 24/44
K-Espaços
Formalismo introduzido em 1983 por Ljunggrene Twieg.
Visa relacionar as informações de fase efrequência obtidas com pontos no espaço.
Para isso, aplicamos transformadas de Fouriersobre os valores obtidos.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 25/44
K-Espaços
O scanner obtém uma matriz 2D ou 3D, deacordo com o resultado desejado.
Os dados serão transformados para umdomínio espacial aplicando uma transformada
de Fourier nesta matriz.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 26/44
Cálculo da Transformada
• Em t=0, os spins estarão alinhados na direção do campo demagnetização Mz.(Equilíbrio termal)
•
Durante o pulso, o vetor de magnetização será deslocado na direção doplano x-y por um campo oscilante H = H0 + cos(wt) , que gera um sinalFID após o término do pulso, quando os prótons entram em precessão.
• A magnetização no plano x-y é medida e então aplica-se a transformada:
• Mxy= M0.exp(-t/T2*) e M0 – Mz = exp(-t/T1)
• Para achar T2 aplicamos
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 27/44
Cálculo da Transformada
• Versão simplificada (1D):• Precisamos achar a densidade dos prótons em uma linha.
• A frequência de tempo do sinal FID é diretamente proporcional à força do campomagnético. Frequência normal e angular são relacionadas por w = 2πf
• Especificamente:
• Se a densidade em cada ponto é especificada por p(x), teremos a integral de linhaque representa o sinal medido f(t):
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 28/44
Cálculo da Transformada
• Resolvemos aplicando o teorema das fatias.
•
Arquivos de imagens de MR são típicamentede resolução 256x256, representandoespessura de 1mm.
• No caso de imagens 3D, a grossura podevariar de 1 a 10 mm.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 29/44
Geração de Sinais
Chamaremos o tempo entre cada conjunto depulsos de tempo de repetição (TR).
Os sinais são enviados na seguinte ordem:
- O gradiente de seleção de fatia (slice)
- O pulso RF de excitação
- O gradiente de codificação de fase
- Geração de eco
- O gradiente de codificação de frequência
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 30/44
Geração de Sinais
Existem 3 formas de geração de sinais:
Eco de spin Recuperação invertida
Eco de gradiente
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 31/44
Contraste da Imagem
Utilizamos três informações para calcular ocontraste da imagem: a densidade dos prótonsp, T1 e T2.
Ajustando o tempo de repetição entre cada
sequência de pulsos, teremos três tipos decontraste de imagens.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 32/44
Contraste de Imagens
Por densidade deprótons (PD): LongoTR e curto TE.
As imagens são
baseadas na variaçãode concentração dehidrogênio se
movendo.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 33/44
Contraste de Imagens
Imagens pesadas porT1: Curto TR e curtoTE.
O contraste e o brilho
são determinados porT1, mas a densidadesempre influi na
intensidade. Mostram gordura
mais claro e águamais escuro.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 34/44
Constraste de Imagens
Imagens pesadas porT2: Longo TR e longoTE.
Gordura aparece
mais escura e águaaparece mais clara.
Massa branca contémgordura, aparecendomais escura quemassa cinzenta.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 35/44
SNR (Signal-to-Noise Ratio)
Vários tipos de ruído acontecem: influênciatérmica, artefatos devido a movimentos feitospelo paciente, etc.
Desejamos ter uma taxa de sinal/ruído o mais
alta quanto possível. Um campo magnético mais forte nos trará mais
precisão, no entanto é arriscado para opaciente. Deve-se obter uma relaçãobalançeada entre contraste e saturação.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 36/44
SNR (Signal-to-Noise Ratio)
Podemos reduzir artefatos de movimentousando filtros de deblurring .
Fatias mais finas originam mais ruído.
Para remoção de ruídos, são usadosprincipalmente métodos baseados emestatística e métodos de thresholding .
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 37/44
Outros exemplos
Imagem pesada pordifusão(DWI):
Medida é baseada nomovimento
Browniano da água. Imagens mais claras
onde há mais difusãode moléculas deágua.
Detecta isquemiacerebral.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 38/44
MRI funcional (fMRI)
• Desenvolvida numa tentativa de fazer ummapeamento completo do cérebro.
• No início dos anos 90 foi descoberto que aoxigenação no sangue age como um fator de
contraste para MRI.• Pede-se ao paciente que realize determinada
tarefa relacionada ao que se deseja medir.• Exemplo: Para coordenação motora, pede-se ao paciente que mexa um
braço ou perna.
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 39/44
MRI Funcional (fMRI)
• Duas técnicas para obtenção de imagen s fMRI:
• FLASH( fast low angle shot), onde usamos um TR baixo.
• EPI(echoplanar imaging): pulsos RF de baixa amplitude comgradiente alto para o campo magnético.
• EPI gera distorções mas é o mais utilizado graças à sua
velocidade.
BOLD MRI
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 40/44
BOLD MRI
• Blood Oxygenation level-dependent MRI: Aproveita-sedas propriedades magnéticasdo sangue oxigenado(diamagnético) edesoxigenado(paramagnético)
• Quando os neurônio sãoativados, há uma mudançano fluxo do sangue, quecausa uma alteração no T2*medido, graças à mudançano nível de deoxi-hemoglobina.
A li õ d fMRI
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 41/44
Aplicações de fMRI
• Monitorando recepção de áudio no cérebro• Verifica-se a resposta do cérebro do paciente ao emitir voz
ou sons de várias frequências e amplitudes
• Percebe-se a mudança de suprimento de oxigênio para áreasdiferentes do cérebro durante o processo.
• É necessário um algoritmo rápido, que obtenha pelo menos 5imagens por segundo.
A li õ d fMRI
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 42/44
Aplicações de fMRI
• Monitoramento da atividade dosmotoneurônios
• Monitoramento da atividade do córtex visual• É examinada a mudança de atividade nos voxels do lado
posterior do cérebro. O estímulo dado ao paciente varia deacordo com o que se deseja avaliar.
Bibli fi
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 43/44
Bibliografia
Medical Imaging Informatics - Alex AT Bui,Ricky K. Taira , Ed. Springer
Biomedical Signal and Image Processing –Najarian, Taylor , Ed. Springer
Wikipediahttp://en.wikipedia.org/wiki/K-space_%28MRI%29
Curiosidades daFísicahttp://www.searadaciencia.ufc.br/folclore/folclore150.htm
Bibli fi
7/17/2019 Ressonância Magnética Nuclear
http://slidepdf.com/reader/full/ressonancia-magnetica-nuclear-568f0fb97a9a0 44/44
Bibliografia
Tecnologia Radiológicahttp://www.tecnologiaradiologica.com/
Magnetic Resonance TechnologyIPhttp://www.mr-tip.com/serv1.php
Trabalho sobre Ressonância - UFRGShttp://www.ufrgs.br/biofis/ressonancia.pdf