Video Física da Ressonância Magnética

Principios Físicos da Ressonância Magnética - Parte II

Fenômeno da ressonância

Quando o paciente é introduzido em um equipamento de ressonância magnética com campo de 1,5T seus átomos de hidrogênio entram em freqüência de precessão que é 63,87 MHz/s e alinha-se a campo principal. Os átomos de baixa energia orientam-se em direção do eixo longitudinal do equipamento, os átomos de alta energia orientam-se em direção oposta.

A magnetização longitudinal é por conseqüência, a somatória vetorial das resultantes magnéticas de ambas as populações e surge inicialmente na direção da população de menor energia. Os átomos de baixa energia absorvem energia do meio e pulam para o lado mais energético. Os átomos de alta energia, por sua vez, fazem o contrário, liberam energia para o meio e vão se posicionar no lado de baixa energia, estabelecendo o que se conhece por equilíbrio dinâmico (FIG.6). O fenômeno da ressonância baseia-se em perturbar o equilíbrio dinâmico. (NOBREGA, 2006).

Figura 6 – Equilíbrio dinâmico. Os átomos de alta energia liberam energia para o meio e vão se posicionar no lado de baixa energia, estabelecendo o que se conhece por equilíbrio dinâmico. Fonte: (UNIFESP, 2009).

Sinal de ressonância magnética

Para perturbar o equilíbrio dinâmico e obter o sinal de RM é necessário que se aplique a esse paciente uma força ondulatória (pulso de radiofreqüência) de mesma grandeza da freqüência de Lamor, que para hidrogênio é 63,87 MHz/s. O pulso de radiofreqüência (RF) oscilam na mesma frequência de precessão dos núcleos de hidrogênio observa o fenômeno de ressonância magnética. Os núcleos de baixa energia absorvem a energia das ondas de RF e pula para o lado energético, conseguindo assim deslocar a magnetização longitudinal para o plano transversal, essa magnetização transversal é capaz de induzir corrente elétrica demonstrada na figura 7.

As leis de indução de Faraday afirmam que se colocar uma bobina receptora ou qualquer fio condutor na área de um campo magnético em precessão no plano transverso, é induzido corrente elétrica nesta bobina receptora (UNIFESP, 2009).

Figura 7 – Magnetização transversal: Os núcleos de baixa energia absorvem a energia das ondas de RF e pula para o lado energético, conseguindo assim deslocar a magnetização longitudinal para o plano transversal, essa magnetização transversal é capaz de induzir corrente elétrica. Fonte: (UNIFESP, 2009).

As correntes geradas representam um sinal de ressonância proveniente de uma região particular do paciente. Cada pixel da imagem gerada terá uma graduação de cinza correspondente á corrente elétrica que contribui com seu sinal (NOBREGA, 2006).

Decaimento do sinal de ressonância, (FDI – free induction decay)

Depois que aplicamos um pulso RF desviando a magnetização longitudinal para o plano transversal dizemos que foi aplicado um pulso de 90 graus. Observa-se que as amplitudes da corrente gerada vão decrescendo com o tempo, os hidrogênios passam a liberar a energia absorvida do pulso RF e retorna a condição de equilíbrio recuperando a magnetização longitudinal (NOBREGA, 2006).

Relaxamento longitudinal (T1)

Ao retorna as condições de equilíbrio os hidrogênios ligados a diversos tecidos do corpo humano apresentam comportamento diferente, hidrogênios ligados a água apresentam tempos longos de recuperação longitudinal, enquanto os ligados à gordura recuperam rapidamente, essa característica de cada tecido possibilita o estudo da ressonância por contraste produzindo assim imagens ponderadas em T1, que é o tempo necessário para que os prótons deste tecido recuperem aproximadamente 63% da magnetização longitudinal (FIG.8).

Figura 8 – Relaxação longitudinal T1.

 Fonte: (WESTBROOK, 2000)

Relaxamento transversal (T2)

O declínio em T2 é causado pela troca de energia pela interação dos campos magnéticos de cada núcleo com seu vizinho. As imagens em T2 os líquidos são claros, tecido musculares, vísceras e parênquima se apresentam escuros. O tempo de relaxamento transversal T2 de um tecido em particular é o tempo necessário para que o vetor magnetização transversal deste tecido decaia até aproximadamente 37% do seu valor original (FIG.9).

FIG.9 – Relaxação transversal T2.

Fonte: (WESTBROOK, 2000)

Parâmetros de imagem

A forma como os pulsos de RF são aplicados para obter sinal de RM influenciam no contraste. Na hora de registrar o “FID” nós podemos escolher certos parâmetros que vão determinar se o contraste da imagem final vai ser ponderado em T1, T2 ou densidade de prótons (DP). Pulsos são aplicados de diferentes ângulos para obter diferença de contraste entre tecidos.

Após aplicar um pulso de RF de 90 graus deslocando a magnetização longitudinal para a transversal, quando os hidrogênios estão voltando para o estado de equilíbrio é medido seu tempo de eco (TE), que é o tempo medido entre aplicação do pulso de RF (90 graus) e amplitude máxima do sinal de RM. Tempo de eco é medido em milissegundo (ms). Quando já não se tem sinal de RM é aplicado novamente um pulso de RF que é chamado tempo de repetição (TR), tempo medido entre dois pulsos de RF de 90 graus. O TR é medido em milissegundos (ms).

A sequência mais comum em RM é a spin eco, é aplicado um pulso de RF de 90 graus (pulso seletivo), seguindo de um pulso de 180 graus (pulso de refasamento). Após o pulso de refasamento, observa-se uma recuperação do sinal da RM em resultado da recuperação das fases da população deslocamento para lado de maior energia.

As ponderações de imagens T1, T2 e DP estão bem definidas para esta sequência (TABELA 2), para obter T1, o TR deve ser menor que 800 ms e o TE menor do que 30 ms (TR e TE curtos). Para se obter T2, o TR deve ser a partir de 1.500 ms e o TE a partir de 80 ms (TR e TE longos). A imagem por densidade de prótons representa um mapeamento da quantidade de hidrogênio distribuído no tecido biológico e pode ser representada por TR longo (a partir de 1.500 ms) e TE curto até 30 ms. (NOBREGA, 2006).

	TR	TE	Sinal de Líquidos
T1	Até 800 ms	Até 30 ms	Escuro
T2	Acima de 1.500 ms	Acima de 80 ms	Claro
DP	Acima de 1.500 ms	Até 30 ms	cinza

TABELA 2- Tempo de repetição e tempo de eco para cada ponderação de imagem.

Fonte: (NOBREGA, 2006).

Principios Físicos da Ressonância Magnética - Parte I

                        Para entender melhor como é gerada a imagem na ressonância magnética, vamos entender como funciona um átomo.

O átomo consiste em um núcleo central composta de prótons e nêutrons, prótons que tem carga positiva e os nêutrons que não tem carga, e elétrons em sua órbita com carga elétrica negativa. (FIG.1).

Figura 1 – Átomo:

Fonte: (UNIFESP, 2009)

No átomo estão presente três tipos de movimento, elétrons em orbitas em torno do núcleo, elétrons girando sobre seu próprio eixo e o próprio núcleo girando em torno de seu eixo. (FIG.2).

                                                      

Figura 2 – Movimento das partículas dos átomos

Fonte: (WESTBROOK, 2000)

O núcleo pode ser concebido como um conjunto de partículas giratórias orientadas aleatoriamente essas partículas apresentam movimento de rotação em torno do próprio eixo (FIG.3). Cargas elétricas que giram em torno de seu eixo (spin nuclear) criam um dipolo magnético nuclear (pequeno imã criado pela movimentação orbital de uma partícula). O eixo norte/sul de cada núcleo é denominado momento magnético (UNIFESP, 2009).

Figura 3 – Núcleos orientados aleatoriamente

Fonte: (UNIFESP, 2009)

                  

Na ausência de um campo magnético aplicado, o momento magnético dos núcleos de hidrogênio tem uma orientação ao acaso, quando são colocados num forte campo magnético externo, alguns hidrogênios de baixa energia alinham-se em paralelo ao campo magnético (na mesma direção), resultado de uma força maior denominada magnetização longitudinal enquanto uma proporção menor dos núcleos de hidrogênio de alta energia se alinha em direção antiparalela ao campo magnético (na direção oposta), como mostra a figura 4. (WESTBROOK, 2000).



Figura 4 - Núcleos de hidrogênio de alta energia alinhados em direção antiparalela ao campo magnético.

Fonte: (WESTBROOK, 2000)

A magnetização longitudinal constitui no vetor magnético utilizado no sistema de RM para induzir correntes elétricas em condutores posicionados junto ao magneto (sinal de RM).

Segundo Nóbrega o movimento de spin nuclear, quando sobre ação do campo magnético externo, altera as suas características passando a descrever um movimento de rotação em cone sobre o próprio eixo conhecido como precessão, esse movimento é comparado ao movimento giratório de um pião no momento em que este começa a perder a força. Figura 5 demonstra o movimento de precessão.



Figura 5 -  Spin nuclear sobre a ação do campo magnético externo, realizando movimento de precessão.

Fonte: (NOBREGA, 2006).

A frequência de precessão (quantidade de giros por segundos) depende do campo que atua sobre o próton e de sua razão giromagnética.

A razão giromagnética do hidrogênio é de 42,58MHz/s. Outros núcleos ativos em RM têm razão giromagnéticas diferentes, tendo, portanto freqüência de precessão diferente quando expostos a mesma potência de campo.

O corpo humano possui átomos de hidrogênio em abundância (63%). O núcleo de hidrogênio possui 1 próton, somente os átomos com número impar de prótons e nêutrons são capazes de produzir sinal de ressonância magnética.

A tabela 1 mostra alguns exemplos importantes de núcleos ativos em RM, juntamente com seu número de massa e sua razão giro magnética.

Núcleos ativo em RM	Massa	Razão giro magnética
Hidrogênio	1	42,58
Carbono	13	10,71
Nitrogênio	14
Oxigênio	17
Flúor	19
Sódio	23	11,27
Fósforo	31	17,25

A freqüência de precessão é frequentemente denominada freqüência de Larmor.

W = Bo  x  y

W= freqüência de precessão (quantidade de giros por segundos)

Bo = Campo magnético principal

y = razão giromagnética, constante característica de cada átomo. A unidade da razão giromagnética é MHz/s.

Exemplo: Considerando um equipamento com campo de 1,5T, e razão giro magnética do hidrogênio que é 42,58 MHz/s logo sua freqüência de precessão é 63,87 MHz/s.

                  Como a razão giromagnética é uma constante de proporcionalidade, Bo é proporcional à freqüência de Larmor. Em consequência disso, a frenquência de Larmor aumenta quando Bo aumenta e vice-versa.