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. 07/09/13
2
1977

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