Gerar e Adquirir Sinais de RM - Treinamento Online

Após a conclusão bem sucedida deste curso, você será capaz de: Descrever a importância do campo magnético externo na ressonância magnética Explicar porque o corpo humano é suscetível aos campos magnéticos Definir o spin nuclear e a precessão Discutir os princípios da física que governam a magnetização Explicar como os sinais de RM são gerados Parabéns! Você concluiu o curso Online para Gerar e Adquiri Sinais de RM. Abaixo estão listados os principais pontos que você aprendeu sobre os princípios da física envolvidos nas imagens de RM. Reserve um tempo para revisar o material antes de prosseguir para o teste final. Descrever a importância de um campo magnético externo  Os campos magnéticos exercem força sobre partículas magnetizáveis (isto é, átomos de hidrogênio) Os seâneres de RM têm um campo magnético mais forte que o campo magnético da Terra   Explicar porque o corpo humano é suscetível a campos magnéticos O ser humano consiste em 70% de água e, portanto, grandes quantidades de prótons de hidrogênio Os núcleos de hidrogênio mostram o efeito magnético mais sensível no corpo e emitem o mais forte sinal de ressonância magnética Os prótons interagem com um campo magnético aplicado externamente e alinham-se paralelamente ao campo   Definir o spin nuclear e a precessão Todas as partículas fundamentais têm um spin individual O spin nuclear permanece constante e nunca para; varia apenas mudando a direção do eixo O spin do próton de hidrogênio realiza um movimento na forma de um cone em torno da direção da gravidade A frequência de Larmor nos diz com que frequência os prótons precessão ao redor do campo magnético externo A frequência de precessão dos spins é proporcional à intensidade do campo (relação giromagnética) Discutir os princípios da física que governam a magnetização O momento magnético é uma quantidade de prótons que determina a magnitude e a direção da força que esse ímã elementar pode exercer   Explicar como os sinais MR são gerados A ressonância magnética é necessária para gerar sinais de RM A ressonância ocorre quando a frequência do pulso de RF e a frequência de spins de Larmor são iguais O pulso de RF aplicado gera magnetização transversal mensurável Os sinais de RM são captados pelas antenas ou bobinas receptoras Selecione este link para baixar o Glossário de termos de RM. As ressonâncias magnéticas usam campos magnéticos e ondas de rádio A radiografia e a tomografia computadorizada usam radiação ionizante Átomos de hidrogênio Aprenda sobre as propriedades dos átomos. Tab TitleTextÁtomos Um átomo consiste em prótons e nêutrons (em um núcleo) e elétrons nas camadas externas. Os elétrons carregados negativamente se movem em caminhos específicos ao redor do núcleo. Como os prótons são carregados positivamente e os nêutrons não têm carga elétrica, o núcleo atômico é eletropositivo.   Número atômico Número atômico Número de próton no núcleo Índice primário para descrever átomos Todos os átomos de um elemento têm o mesmo número atômico   Exemplos: Hidrogênio 1 próton Carbono 6 prótons Oxigênio 8 prótons Peso atômico Peso atômico: Números de prótons mais o número de nêutrons no núcleo. Os isótopos têm o mesmo número atômico, mas diferentes pesos atômicos.   Exemplos: Protium 1 próton, 0 nêutrons 99.9% Deutério 1 próton, 1 nêutron 0.1% Trítio 1 próton, 2 nêutrons % muito pequena Spin Nuclear Spin nuclear: um requisito para RM que depende do isótopo. Núcleos com um número par de prótons e até mesmo número de nêutrons são magneticamente neutros e não fornecem sinal de RM. Mas núcleos com um número ímpar de nêutrons têm um giro nuclear.   3 Classes de Spin Zero mesmo peso atômico até número atômico 12C, 16O Inteiro mesmo peso atômico número atômico ímpar 2H Metade peso atômico ímpar 1H O corpo humano é suscetível ao campo magnético produzido pelos scanners de ressonância magnética. Corpo humano consiste em cerca de 70% de água Molécula de água: 1 átomo de oxigênio e 2 átomos de hidrogênio Hidrogênio: 1 próton e 1 elétron Os núcleos de hidrogênio mostram o efeito magnético mais sensível no corpo e emitem o sinal mais forte de ressonância magnética A ressonância magnética utiliza as propriedades magnéticas dos prótons de hidrogênio.       Um único próton de hidrogênio, chamado de núcleo, tem volume definido, massa e uma carga positiva. O spin nuclear é a medida do estado quântico de uma partícula atômica. Todas as partículas fundamentais têm um spin (giro) individual. Este spin é o número quântico da partícula. O spin do núcleo: Permanece com a mesma magnitude, nunca para Só varia alterando a direção do eixo O efeito coletivo dos spins das partículas no núcleo é descrito por um vetor espacial chamado momento angular .      Quando exposto a um forte campo magnético, o próton hidrogênio se comporta mais como um pião do que uma agulha de uma bússola. O spin do hidrogênio realiza uma movimento na forma de um cone na direção da gravidade A precessão descreve o movimento oscilante de um pião O eixo de rotação realiza um movimento na forma de um cone em torno da direção da gravidade A precessão é fundamental para a ressonância magnética.      Frequência de Larmor Aprenda sobre a equação de Larmor. Element HTMLFrequência de Larmor: a frequência de precessão dos spins  ω = γ • B0ω = frequência dos spinsB0 = campo magnético externoγ = relação giromagnética Sound File Audio ScriptA frequência de precessão dos spins é conhecida como Freqüência de Larmor. A Freqüência de Larmor depende do tipo de núcleo e da intensidade do campo magnético aplicado. A equação de Larmor é representada por ômega (ω) igual a gama vezes Bo   Omega representa a frequência de precessão para os spins em torno de um campo magnético. B0 é o campo magnético externo. A constante de proporcionalidade gama é chamada de relação giromagnética. Os spins respondem ao campo magnético com um movimento precessional ao redor do campo magnético. A frequência da precessão nuclear ou taxa de rotação é proporcional à força do campo magnético. Portanto, quanto maior a intensidade do campo magnético, maior a freqüência com que ocorre a precessão do momento magnético. A relação giromagnética depende do tipo de núcleo e define a relação entre o spin e o momento magnético do núcleo. Esta relação é constante para um núcleo e é expressa como a freqüência precessional do núcleo em 1 Tesla. A unidade de medida para gama é em Megahertz/ Tesla A precessão de spin, que é definida pela equação de Larmor, é o movimento por excelência na ressonância magnética e um dos principais componentes para a ressonância magnética. Um próton precede como um pião com uma frequência angular (ω). A Frequência de Larmor nos diz com que frequência os prótons precessão em torno do campo magnético externo: Depende do tipo de núcleo e força do campo magnético externo aplicado Medido em megahertz (MHz) A frequência de Larmor aumenta proporcionalmente com a aplicação de um campo magnético externo B0 e com uma frequência de precessão maior de spins. O sistema de RM deve estar sintonizado na Frequência de Larmor dos spins.   O momento magnético é a quantidade de prótons que determina a magnitude e a direção da força que esse ímã elementar pode exercer. Os momentos magnéticos são responsáveis pelo fraco magnetismo criado no corpo humano através da ressonância magnética.   Vetores Aprenda sobre os vetores. Os vetores são excelentes para definir quantidades que dependem da orientação espacial porque exibem magnitude e direção . A direção da seta corresponde à direção da quantidade do vetor O comprimento da seta corresponde à magnitude do vetor Quantidades de vetor permitem adição espacial , mas a direção deve ser levada em conta. Se a seta apontar na mesma direção , a magnitude do vetor é simplesmente a soma das magnitudes (a + a = 2a) Vetores da mesma magnitude, mas direção oposta se anulam (a - a = 0) Os vetores também podem ser divididos em componentes separados, que são ilustrados como a projeção da seta ao longo de eixos espaciais predefinidos, geralmente sistema de coordenadas. O exemplo à direita mostra que o vetor c é a soma dos vetores a + b Componente vertical a Componente horizontal b Spin & Momento Magnético Aprenda sobre a fórmula do momento magnético. Base ImageHotspotsText BlocksImage FileMomento magnéticoMomento angularConstante de PlanckNúmero quântico de spin descrevendo o momento angularRelação Giromagnética Na ressonância magnética, medimos o efeito líquido de um conjunto de spins dentro de um voxel, ao invés do efeito individual de cada spin. Duas partículas idênticas não podem estar no mesmo estado, então elas alinham suas orientações de rotação anti-paralelas umas às outras - resultando em um spin líquido igual a zero. Somente núcleos atômicos com um número ímpar de prótons ou nêutrons têm um spin líquido - chamado spin nuclear .     Voxel Aprenda sobre o voxel. Em vez de medir o efeito dos spins individuais no corpo, consideramos a soma líquida de todos os spins de prótons dentro de um elemento de volume ou voxel . Um voxel pode ser visto como um cubo com um comprimento de aresta específico (ex: 10 mm) que contém um volume específico (ex: 1 ml). Para gerar o sinal de RM, temos que influenciar a magnetização para que um componente diferente de zero seja precessionado no plano xy. Aplique energia para criar magnetização transversal na direção xy do campo magnético A magnetização pode ser inclinada aplicando-se um pulso eletromagnético curto, o pulso de RF . Esses pulsos de RF perturbam o equilíbrio dos spins e estimulam os prótons aplicando campos magnéticos alternados na faixa de radiofreqüência. A frequência do pulso de RF e a freqüência de spins de Larmor precisam ressoar entre si para gerar um sinal de RM.     O pulso de RF consiste nas seguintes bobinas de RF: Transmissão de RF - antena para envio de pulsos de RF Receptor de RF - antena para receber o sinal MR Existem 2 tipos de pulsos padrão de RF. O ângulo do pulso é chamado de ângulo de inversão. 90o pulso - inverte a magnetização na direção transversal (plano xy) 180o pulso - inverte a magnetização na direção longitudinal (plano z)      A medição de MR consiste em duas partes: Excitação - energia "in" (absorção de energia) Relaxamento - energia "out" (liberação de energia) Como captamos o sinal de RM? Somente magnetização transversal (M xy) é recebida por antenas de bobina Pulso de 90° de RF transforma a magnetização longitudinal (M z) em magnetização transversal (M xy) Magnetização transversal mais forte cria um sinal de ressonância magnética mais forte Decaimento de indução livre (FID) descreve como a magnetização transversal decai rapidamente ao longo do tempo   Existem 4 componentes principais em um escâner de ressonância magnética que são essenciais para a criação de imagens de RM. Os principais componentes são: um magneto (ou bobinas magnéticas) um sistema de radiofrequência (RF) um sistema gradiente um sistema de computador de alto desempenho O sistema de computador de alto desempenho inclui o seguinte: Processador de Imagem Computador Host Software de controle e avaliação      O magnetismo é uma propriedade fundamental da natureza. Um imã cria um campo magnético circundante. Um campo magnético também pode ser criado por correntes elétricas e eletroímãs. Um campo magnético pode ser representado por linhas de campo e o vetor pelo símbolo B0 . O símbolo B0 indica um forte campo magnético aplicado externamente pelo sistema de RM. A força de B0 é medida em Tesla A direção de B0 corre paralela ao eixo z O plano xy corre transversalmente à linha do campo magnético     ; Força Magnética na Ressonância Magnética Aprenda sobre campos magnéticos na ressonância magnética. O campo magnético na ressonância magnética é medido em Tesla. A maioria dos sistemas clínicos de ressonância magnética operam a 1,5-3 Tesla. Assim, eles produzem um campo magnético extremamente forte, até 50.000 vezes maior que o campo magnético da terra (0.00003T-0.00007T). Um campo magnético de força de campo uniforme é chamado de campo homogêneo. As linhas de campo de um campo homogêneo são desenhadas como linhas retas e equidistantes que correm em paralelo. Um campo magnético que não muda com o tempo é conhecido como campo estático . Sem qualquer campo magnético externo, os spins nucleares dos prótons são aleatoriamente orientados no espaço. Os prótons existem naturalmente em um equilíbrio energético aleatório As precessões não estão em fase e são incoerentes Os momentos magnéticos são distribuídos aleatoriamente Quando o valor dos spins alinhados é igual a zero, não há magnetização.   Todos os spins precessão na mesma frequência em torno da direção do campo magnético, mas exibem uma orientação de fase aleatória. A magnetização constante  M) resulta do excesso de spins paralelos à direção + z Perpendicular à direção z Spins são cancelados devido a orientação aleatória A magnetização resultante na direção xy, a magnetização transversal, é zero. Como geramos um sinal observável?   Expor o corpo humano a um campo magnético forte e externo ( B0 ) faz com que os prótons se alinhem na direção de B0 . O status energético preferido dos núcleos ocorre quando eles estão paralelo ao campo magnético. Os prótons precessão com sua frequência característica (Larmor) baseada em B0 . Os prótons que se alinham na direção + z se cancelam com prótons que se alinham na direção -z. Spins de menor energia são chamadas de spin-ups Spins de maior energia são chamados de spin-downs Um pouco mais de prótons se alinham na direção + z, o que cria um excesso de spin-ups. O resultado é uma magnetização líquida na direção z (M z).   Magnetização Líquida e Distribuição Boltzmann Aprenda sobre a magnetização líquida e distribuição de Boltzmann. Slide NumberText BlocksCalloutsAudio ScriptImage File1O número de spin magnéticos que se alinham em paralelo e ou em antiparalelo dependerá da magnitude da diferença de energia ΔE.  O número de ímãs de spin que se alinham em paralelo ou em antiparalelos em um campo magnético dependerá da magnitude da diferença de energia delta E.2ΔE = 0 quando os prótons têm uma orientação aleatória em um ambiente livre de magnetos. O nível de energia E aumenta proporcionalmente com a força do campo magnético B0 .Quando o delta E é igual a zero, os prótons têm uma orientação aleatória em um ambiente livre de ímãs. Esta orientação aleatória de prótons ocorre porque o nível de energia E aumenta proporcionalmente com a força do campo magnético.3Neste primeiro exemplo, B0 é igual a 1 T e a diferença nos níveis de energia faz com que mais um próton se alinhe paralelo comparado àqueles na direção anti-paralela.Neste primeiro exemplo, o campo magnético é igual a 1 Tesla. A diferença nos níveis de energia faz com que mais um próton se alinhe na direção paralela em comparação àqueles no direcionamento antiparalelo.4Se B0 for aumentado para 1,5 T, mais prótons se alinham na direção paralela.Se o campo magético for aumentado para 1.5 Tesla, prótons adicionais serão alinhados na direção paralela.5A distribuição estatística entre estes dois níveis de energia é descrita pela distribuição de Boltzmann. A distribuição depende da temperatura da amostra onde os prótons estão localizados. Quanto maior a temperatura da amostra, menor a diferença no número de prótons nos dois níveis de energia. A temperatura em todos os pacientes é constante. Apenas o excesso de spins fornece o sinal de MR. Em 1,0 T, a magnetização líquida equivale a aproximadamente 3,3 rotações por um milhão de prótons ou 3,3 ppm. Em 1,5 T, a proporção aumenta para 5 ppm. A magnetização líquida é maior e a relação sinal-ruído aumenta. A distribuição estatística entre estes dois níveis de energia é descrita pela distribuição de Boltzmann. A distribuição depende da temperatura da amostra onde os spins estão localizados. Quanto maior a temperatura da amostra, menor a diferença no número de spins nos dois níveis de energia. Nos pacientes, a temperatura é relativamente constante. Como resultado, apenas os spins em excesso fornecem o sinal de MR. Quando o campo magnético for igual a 1,0 Tesla, a magnetização líquida equivale a aproximadamente 3,3 rotações por um milhão de prótons ou 3,3 ppm. Quando o campo magnético for igual a 1,5 T, a proporção aumenta para 5 ppm. Assim, a magnetização líquida é maior em intensidades de campo mais altas e a relação sinal-ruído aumenta. A magnetização líquida (M) é dividida em dois componentes perpendiculares: Magnetização Longitudinal (M z) ao longo do eixo z do campo magnético Magnetização Transversal (M xy) ao longo do eixo xy do campo magnético A magnetização líquida é a fonte do sinal de RM.