2. Fisica RM

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INTRODUÇÃO FÍSICA 
 
• Árdua 
• Desafiante 
• Física Clássica 
• Teorias Quânticas 
• Fórmulas 
Matemáticas 
 
• Forma Simples 
• Conceitos 
• RM a partir núcleo 
atômico 
• Formação de Imagem 
 
 
 “A física da Ressonância Magnética Nuclear (RMN) aplicada 
à formação de imagens é complexa e abrangente, uma vez que 
tópicos como eletromagnetismo, super- condutividade e 
processamento de sinais têm de ser abordados em conjunto para o 
entendimento deste método.” 
INTRODUÇÃO 
MAGNETISMO & ELETRICIDADE 
 Magnetismo é a propriedade fundamental da matéria. Todas as 
substâncias possuem alguma forma de magnetismo. 
 Fenômenos magnéticos são em sua natureza fundamentalmente 
elétricos (toda carga elétrica que gira cria em torno de si um campo 
magnético). 
 Ferromagnetos devem suas propriedades às ações de cooperação 
elétrica dos átomos. 
 Um campo magnético cria movimento de elétrons, se tivermos um 
campo magnético oscilante ao redor de um fio, induzindo uma 
voltagem, haverá corrente elétrica no fio. 
 Na RM a corrente é induzida e dá origem ao sinal. 
A regra da mão direita: a corrente elétrica se move na direção do 
polegar da mão direita e o campo magnético se espalha 
perpendicularmente em direção aos dedos 
FUNDAMENTOS 
 Matéria consiste em átomos. 
 Um átomo difere do outro pelo número de Nêutrons, Prótons(+) e 
Elétrons(–) 
 Os princípios da RM têm por base o movimento giratório de núcleos 
específicos, ou ativos em RM, presentes em tecidos biológicos sob a 
ação de um campo magnético homogêneo e uniforme. 
 Núcleos ativos em RM se caracterizam por sua tendência em alinhar 
seu eixo de rotação a um campo magnético aplicado. 
 Átomos que produzem sinal na RM: hidrogênio, sódio, fósforo e 
carbono. 
 O núcleo do hidrogênio (com apenas 1 próton = momento magnético 
bem definido), constitui a base da imagem por RM por ser abundante 
no corpo humano (70 – 80% água). 
 Próton de hidrogênio é o que produz a maior intensidade de sinal. 
 Se diz que ele possui Spin ( s ) com sentido 
definido 
p 
 S 
  
 O núcleo do átomo de Hidrogênio é constituído de 
um único próton (p) 
 
 A carga atribuída ao próton (+) também se 
movimenta ao redor do próprio eixo 
 O movimento de cargas elétricas gera uma 
corrente elétrica 
 Uma corrente elétrica cria um campo magnético ao 
seu redor 
 Com um pólo norte, um pólo sul e um momento 
magnético (  ) 
 
 Ou seja, os núcleos dos átomos de hidrogênio 
podem ser vistos como pequenos ímãs 
 
 Este próton gira constantemente ao redor do seu 
próprio eixo 
HIDROGÊNIO x íMÃ 
 Olhando vários prótons de hidrogênio vemos uma porção de barras 
magnéticas girando em torno de seus próprios eixos, equilibrando forças 
magnéticas. 
 Uma partícula giratória carregada possui momento magnético característico e 
pode ser descrita como um dipolo magnético criando um campo magnético 
semelhante a um magneto em barra 
 “A imagem por ressonância Magnética (IRM) é, resumidamente, 
o resultado da interação do forte campo magnético produzido pelo 
equipamento com os prótons de hidrogênio do tecido humano, 
criando uma condição para que possamos enviar um pulso de 
radiofrequência e, após, coletar a radiofrequência modificada, através 
de uma bobina ou antena receptora. 
 Este sinal codificado espacialmente por gradientes de campo 
magnético é coletado, processado e convertido numa imagem ou 
informação.” 
DEFINIÇÃO 
 Na natureza os momentos magnéticos dos núcleos de hidrogênio não 
têm uma orientação definida. 
 Quando colocamos uma pessoa em contato com o campo magnético 
gerado por um magneto, algumas coisas acontecem com os prótons 
de hidrogênio: 
 1º se alinham com o campo magnético - paralelo e antiparalelo 
 2º realizam um movimento chamado de precessão 
 
 
 
 
 
 
 
PRINCÍPIOS FÍSICOS 
Paciente dentro da sala 
de exames 
Paciente recebendo 
rádiofrequência 
Campo Magnético 
Física da RM RF 
F:/MRI excitation and recovery of spins.mpg
 A maioria dos núcleos alinham-se na mesma direção do eixo do 
campo (paralela) sendo considerados de baixa energia ou rotação 
positiva, uma pequena parte alinha-se na direção oposta(antiparalela) são de 
alta energia ou de rotação negativa. 
 Os fatores determinantes de alinhamento são a potência do campo magnético 
e o nível de energia térmica dos núcleos. 
 A diferença da somatória de prótons paralelos e antiparalelos é representada 
por uma vetor resultante (Vetor de Magnetização Efetiva – VME), cuja direção 
é a mesma do campo magnético. 
 Potência campo magnético VME Sinal obtido 
Alinhamento Paralelo Estado de menor energia 
Alinhamento Anti-Paralelo Estado de maior energia 
 A maioria dos núcleos alinham-se na mesma direção do eixo do 
campo (paralela) sendo considerados de baixa energia ou rotação 
positiva, uma pequena parte alinha-se na direção oposta(antiparalela) são de 
alta energia ou de rotação negativa. 
 Os fatores determinantes de alinhamento são a potência do campo magnético 
e o nível de energia térmica dos núcleos. 
 A diferença da somatória de prótons paralelos e antiparalelos é representada 
por uma vetor resultante (Vetor de Magnetização Efetiva – VME), cuja direção 
é a mesma do campo magnético. 
 Potência campo magnético VME Sinal obtido 
VETOR 
RESULTANTE 
 Como a população com estado de menor energia (paralelo) é maior, o vetor 
resultante fica no sentido do campo externo Bo 
 
 
Magnetização longitudinal (ML ) 
 Graficamente o que acontece com o vetor? 
 Imaginamos um espaço de rotação = conjunto de eixos X, Y e Z, sendo Z 
sempre na direção do campo magnético principal e X e Y em ângulos retos a 
partir de Z. 
 Cada núcleo de hidrogênio que constitui o VME está girando sobre seu 
próprio eixo. 
 Sob influencia do campo (B0 0) o VME apresenta rotação secundária, 
movimento circular em torno do eixo do campo(precessão) 
 O número de movimentos de precessão na unidade de tempo é 
denominado frequencia de precessão(), com valor medido em megahertz e 
obtido pela Equação de Larmor: 
 
 Onde:  = frequencia de precessão 
 B0= potência do campo magnético 
 U = razão giromagnética 
 
 A razão giromagnética é a relação entre o momento angular e o momento 
magnético de cada núcleo ativo em RM. È uma constante para cada um 
destes núcleos, para um campo de 1T, sendo expressa em MHz/T. 
 
 U do hidrogênio é = 42,57MHz/T 1.0 
 = 63,85MHz/T 1.5 
 
PRECESSÃO 
 =  x B0 
NÃO!!! 
 
 Para conseguir imagem de RM não é o suficiente colocar o paciente 
dentro do magneto e pensarmos em precessão. Temos mais alguns 
passos até a captura de sinal: Excitação, Relaxamento, Computação 
e Exibição 
 Que veremos a seguir.. 
E ai, já temos as imagens? 
 Pulso de freqüência que provoque o fenômeno da ressonância, leva 
energia ao sistema e faz com que ocorra um aumento de núcleos 
antiparalelos em detrimento do número de núcleos paralelos. 
 É devido exclusivamente à transferência de energia ao sistema pela 
fonte de RF 
 A diferença de energia entre as populações de núcleos com rotação 
positiva e negativa corresponde a energia necessária para produzir 
ressonância por excitação. 
EXCITAÇÃO 
 Potência campo magnético Diferença energia Energia excitatória 
Magnetização longitudinal ML Magnetização transversal MT 
 Como consequência da aplicação do pulso de RF observa-se que o VME 
afasta-se do alinhamento em relação a linha paralela de B0 (longitudinal), 
criando um angulo entre ele e B0 chamado de Flip Angle (ângulo de 
inclinação). 
 A magnitude deste ângulo depende da amplitude e duração do pulso de RF. 
Portanto para inclinar-se 90° o VME deve receber energia suficiente do pulso 
de RF para mover-se 90° em relação a B0 e neste caso, o VME passará para a 
posição transversa, efetuando rotação à freqüência de Larmor. 
 Núcleos entram em fase ficando numa mesma posição na trajetória 
precessional. 
 Ao desligar o pulso de RF, os momentos dos átomos de hidrogênio 
que se encontram em fase passam a perder energia e, em 
consequência, passam a fora de fase. 
 O VME passa a sofrer influência de B0, tentando o realinhamento. 
 Durante essa “volta”, chamada de Relaxamento, o grau de 
magnetização longitudinal aumenta gradualmente(recuperação) em 
detrimento à magnetização transversal (declinio). 
 Portanto Relaxamento = desaparecimento magnetização transversal e 
reaparecimento da magnetização longitudinal 
RELAXAMENTO 
 Diminuindo MT diminuímos progressivamente a magnitude da 
voltagem induzida na bobina receptora até zero (Declínio de Indução 
Livre – DIL) 
 Durante essa “volta”, é o momento que podem ser mensuradas as 
ponderações T1(ao longo eixo Z) e T2(plano X-Y). 
Mo 
37% 
T2 
Tempo Tempo 
Magnetização Longitudinal MagnetizaçãoTransversal 
DECAIMENTO 
Mo 
63% 
T1 
RECUPERAÇÃO 
 A razão da recuperação é um processo exponencial, com o tempo de 
recuperação constante denominado T1 (tempo necessário para 
recuperação de 63% da magnetização longitudinal, através da liberação de 
energia pelos núcleos ao ambiente) 
 A razão do declínio (relaxamento) também é exponencial e representa o 
tempo necessário para que a magnetização transversa (T2) diminua de 37% 
de seu valor inicial, através da troca de energia entre os núcleos. 
 Durante os processos de relaxamento os átomos liberam seu 
excesso de energia, adquiridos do pulso de RF 90°, na forma de ondas 
de rádio. 
 
 Para captar essas ondas precisamos de uma bobina receptora, que 
pode ser a mesma transmissora ou outra, que deve estar posicionada 
em ângulos retos com o campo magnético. 
 
 A obtenção de imagem por RM depende de uma combinação de 
fatores intrínsecos (característica do paciente) e extrínsecos 
(parâmetros escolhidos), que influenciam na ponderação, resolução 
espacial e contraste da imagem. 
AQUISIÇÃO IMAGENS 
TR (Tempo de Repetição) – Intervalo de tempo entre um pulso 
de 90°(1ª excitação) e outro pulso de 90° (2ª excitação) 
 TE (Tempo de Eco) – Intervalo de tempo entre um pulso de 90° 
(1ª excitação) e a leitura do sinal (eco) 
FATORES EXTRÍNSECOS 
TR / TE PONDERAÇÕES 
 Imagem Ponderada em T2 
 Imagem Ponderada em T1 
 Imagem Ponderada em Dp 
TR curto / TE curto? 
TR longo / TE longo? 
O que temos com variações 
TR / TE? 
 Uma imagem ponderada em T1 é aquela em que o contraste, 
predominantemente, depende das diferenças entre os tempos T1 do 
tecido adiposo e da água. 
 O TR controla o grau de recuperação T1. Para a ponderação T1 o 
TR tem de ser curto. 
 As imagens T1 se caracterizam por tecido adiposo brilhante e H20 
escura. 
 
 
PONDERAÇÃO T1 
 Uma imagem ponderada em T2 é aquela em que o contraste , 
predominantemente, depende das diferenças entre os tempos T2 
do tecido adiposo e da água. 
 O TE controla o grau de declínio T2. Para a ponderação T2 o 
TE tem de ser longo. 
 As imagens T2 se caracterizam por H20 brilhante e tecido 
adiposo escuro ou com baixo sinal. 
 
PONDERAÇÃO T2 
TR longo e TE curto, 
 O que temos ? 
 Seqüência ponderada em Densidade de Prótons (Dp) 
 
 É baseada na diferença no número de prótons por unidade de 
volume 
 
• TR longo diminui a influência T1 
 
• TE curto diminui a influência T2 
 Este é o contraste básico da RM. É a diferença na intensidade 
do sinal dos tecidos que são decorrentes de seu número 
relativo de prótons por unidade de volume. 
 O contraste por DP está sempre presente e depende do 
paciente e da área que está sendo examinada. 
 As imagens DP se caracterizam por: áreas com elevada 
densidade de prótons (brilhantes), e áreas com baixa densidade 
de prótons (escura). 
 
PONDERAÇÃO DP 
FORMAÇÃO DA IMAGEM 
 Até o presente momento comentamos sobre os aspectos gerais 
da física da RM e de como codificar o sinal. 
 
 Partiremos agora para como o sinal é adquirido e armazenado 
antes de se transformar em imagem. 
CODIFICAÇÃO DE SINAL 
 A RM só pode se tornar útil como método de obtenção de imagens do corpo 
humano com o desenvolvimento da codificação espacial do sinal através do 
uso de gradientes de campo magnético. 
 Com a introdução dos gradientes de campo podemos variar linearmente em 
uma dada direção a intensidade do campo magnético. O novo campo criado 
fará com que a freqüência de precessão mude e passe a ser usada para 
localizar espacialmente o sinal. 
 O acionamento de um gradiente de campo também altera a fase dos spins, 
sendo esta alteração proporcional ao tempo que o gradiente fica ligado e 
amplitude do mesmo. 
 Juntas, fase e freqüência poderão fornecer informações espaciais ao sistema. 
 São necessárias 3 etapas para a codificação do sinal de forma a obter uma 
imagem de RM, cada etapa representa o acionamento de gradientes em uma 
determinada direção. 
CODIFICAÇÃO DE SINAL 
 1. Seleção de corte: quando o gradiente de seleção de corte for acionado 
numa direção, os outros dois gradientes (codificação fase/frequência) 
serão acionados nos eixos que restaram. 
 2. Codificação de fase: quando acionado alteramos a fase dos spins 
proporcionalmente a sua localização. É necessário acioná-lo n vezes, 
alterando a amplitude do gradiente cada vez que é acionado 
 3. Codificação de freqüência: No momento da leitura do sinal, o gradiente de 
codificação de freqüência (ou de leitura) e acionado na direção restante 
 Temos a determinação do gradiente em um slice (Gz) 
 Simultaneamente, aplica-se um pulso de 90° para oscilar a rede 
de magnetização no plano X-Y 
 Então a Fase de Codificação do gradiente (Gy) é utilizada para 
a 1ª codificação de fase 
 Em seguida é feita a Codificação de Frequência com 
decaimento da indução magnética (Gx) 
ESPAÇO K - O que é? 
 Não é um local físico no equipamento de RM e sim um conceito abstrato. 
 Visualizamos o espaço K como uma matriz que cada linha será preenchida com 
um eco. 
 Cada ponto da matriz corresponde a uma intensidade de sinal e a uma posição 
no tempo, e representa a amplitude de sinal recebido pela bobina naquele 
instante. 
 Os eixos de coordenadas (x e Y) são respectivamente gradiente de codificação 
de freqüência e o de fase. 
 O seu preenchimento linha a linha irá ocorrer a medida que o gradiente de 
codificação de fase na seqüência de pulso variar sua amplitude. 
 Seus extremos serão preenchidos com sinal de baixa amplitude, devido próprio 
acionamento do gradiente causar maior defasagem e redução do sinal 
 As linhas centrais conterão sinal de maior amplitude, o que na imagem 
resultará em contraste (preto e branco) 
ESPAÇO K - Características 
 Não existe correspondência entre um ponto do espaço K e um ponto da 
imagem. Em cada ponto do espaço K existe informação de todo o corte 
(artefato num ponto pode propagar para toda imagem). 
 Quanto maior o número de linhas do espaço K, maior é a quantidade de sinal 
coletado, porem maior o tempo necessário. 
 As linhas centrais estão diretamente relacionadas ao contraste na imagem 
de RM e a periferia à resolução espacial 
 Uma imagem de RM pode ser formada por mais que um espaço K. A escolha 
deste número é um parâmetro controlado pelo operador = NEX 
 
 
 
ESPAÇO K - Formas de 
preenchimento 
 Cada seqüência de pulso pode se utilizar de uma estratégia para o 
preenchimento do espaço K. 
 
 
 
p 
 S 
RF RF 
X 
 SINAL 
 
ESQUEMATIZANDO RM 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
 WESTBROOK, Catherine; KAUT, Carolyn. Ressonância Magnética 
Prática 
 
 RINCK, Peter A.Ressonância Magnética 
 
 NÓBREGA, Almir Inacio. Técnicas em Ressonância Magnética 
Nuclear 
 
 
 
 
http://www.fda.gov/medwatch