aula imagensressonânciamagnética

8/12/2019 Aula ImagensRessonnciaMagntica

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Ressonncia Magntica: Imagens

Prof. Emery Lins

[email protected]

Curso de Bioengenharia CECS, Universidade Federal do ABC


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Ressonncia Magntica: Princpios fsicos

Definies e histrico

Fundamentos fsicos para gerao dos Raios-X Instrumentao

Ressonncia Magntica: Imagens e instrumentao Fundamentos

Roteiro

Instrumentao Aplicao

Ressonncia Magntica: Imagens anatmicas e funcionais Fundamentos Instrumentao Aplicao


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Energia do momento magntico

Breve reviso

Eltrons possuem momentos magnticos devido aos momentos angularesorbital e spin. Tais momentos interagem com campos magnticos externos,Para um eltron em uma rbita, temos:

Relao entre o operador momento magnticoe o operador momento linear

Razo Giromagntica


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Momento magntico orbital na direo z

Breve reviso

A soluo do sistema considera o momento magntico orbital e o nmeroquntico ml, quando um campo B0 aplicado, temos:

No caso do momento magntico do spin, o nmero quntico do spin s=1/2, ea soluo semelhante mas considera ofator g do eltron, de forma que:


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Breve reviso

Como ms= 1/2, h uma diferena entre as energias dos spins:

Magneton de Bohr


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Breve reviso

A interpretao atribuda ao excesso de energia existente com a presena docampo o movimento deprecesso do eltron, como no giroscpio.


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Breve reviso

A diferena de energia entre os estados de spin est relacionado com umaradiao de frequncia v.

Ressonncia Paramagntica Eletrnica (EPR) campos de 0.3 T.


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Na temperatura ambiente, o nmero de spins de baixa energia, N+, suavemente maior que o nmero de spins em alta energia, N-. A

estatstica de Boltzman nos informa que:

N-/N+ = e-E/kT.

Breve reviso

a erena e energ a entre os esta os e sp n, aconstante de Boltzman, 1.3805x10-23 J/Kelvin, eT i a temperaturaem Kelvin.

1.000.000 1.000.001


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Breve reviso

Da mesma forma para o eltron, funciona para o ncleo; neste caso os camposso da ordem de 2 a 20 T. A diferena de energia entre os estados de spin estrelacionado com uma radiao de frequncia vL .

Que so conhecidas como freqncias de Larmor. Tais freqncias esto naordem das radiofreqncias (MHz) para MRI.

No caso do Hidrognio:


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A constante de tempo que descrevecomo Mz = z retorna ao equilbrio chamada Tempo de Relaxao

Aplicando um campo magntico na direo z (longituinal) na radiofreqnciade Larmor, o ncleo transita forosamente entre os dois estados de spin,porm tende a voltar ao estado inicial.

Breve reviso

interao spin. A equao quegoverna a relaxao descritaabaixo:

Mz = Mo ( 1 - e-t/T1 )

Essa relaxao est relacionadacom transies spin-rede


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A constante de tempo que descrevecomo Mxy retorna ao equilbrio chamada Tempo de Relaxao

Aplicando um campo magntico no plano xy (transverso, 90) na freqncia deLarmor, o ncleo transita forosamente entre os dois estados de energia,porm tende a voltar ao estado inicial.

Breve reviso

.

governa a relaxao descritaabaixo:

MXY =MXYo e-t/T2

Essa relaxao est relacionadacom transies spin-spin


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Breve reviso

Aplicando um campo magntico unidirecional transverso (90) o momentomagntico translada 90. Se o campo tem vrias direes em xy o momentosegue perpendicular direo do campo.


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Ressonncia Magntica - Imagens

($ )


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Imagens de uso mdico


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Etapas : Aplicar campo magntico esttico

2. Selecionar corte aplicando campo magntico emgradiente

3. Aplicar pulsos de RF


4. Receber sinal de RF

5. Converter o sinal em imagem


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Nuclei

UnpairedProtons

UnpairedNeutrons

NetSpin (MHz/T)


Alguns ncleos atmicos so mais sensveis aos efeitos da ressonnciamagntica. Como regra geral o ncleo deve ser desemparelhado.

O Hidrognio o elemento mais explorado na IRM devido quantidade degua e gordura no corpo.

H 1 0 1/2 42.58

2H 1 1 1 6.54

31P 0 1 1/2 17.25

23Na 0 1 3/2 11.27

14N 1 1 1 3.08

13C 0 1 1/2 10.71

19F 0 1 1/2 40.08


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Como capturar o sinal de RF?

Aplicando um campo em xy com polarizao circular a corrente na bobina tem

o formato de senide.


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90o

Aplicao de um pulso curto de RF na freqncia de Larmor


Tcnicas pulsadas em MRI

Decaimento livre de induo (FID) aplicando um campo magntico no plano

xy o ncleo decai espontaneamente devido defasagem ressonante dos spins

Deteco do sinal de RF emitido pelo ncleo


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Pulso a 90 (medida de T2) Cada tipo de tecido possui seu prprio tempo de

decaimento T2. Aplicando a Transformada de Fourier, temos:

tempo

freqncia

F-1


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Pulso a 90 Quando dois elementos emitem campo na direo da bobina, o

resultado final contm informao das duas freqncias contidas no sinal.


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Pulso a 90 Devido a no homogeneidades do campo dentro dos tecidos, h

spins que transitam um alargamento da banda de freqncias e uma taxa derelaxao transversa efetiva T2* pode ser medido.


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Eco de spins (anlogo ao eco audvel) Tem o objetivo de minimizar os efeitos

de alargamento das freqncia para que T2 seja medido com eficincia.

Aps um pulso transversal ser emitido um

de pulsos em eco.


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Eco de spins Primeiro h um pulso transversal que tende a por em fase os

momentos no plano xy, na seqncia h uma natural defasagem e relaxamentodo momento no plano xy (FID); neste instante aplicado um pulso transversalde 180, h a inverso dos spins e os mesmos voltam a se alinhar.


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90o 180o

TE/2 TE/2



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Pulso a 180 (medida de T1) A magnetizao no sentido oposto inverte as

concentraes dos spins. O relaxamento do ncleo para voltar ao estado inicialpermite a deteco de T1.


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Equaes de Block


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B = Bo + Gx x

Gradiente no campo magnetico esttico

Neste caso o campo magntico esttico aplicado com uma variao espacial

conhecida. O resultado a modulao da freqncia de resposta em funo dadistncia.


Bo = 1,5 T

Gx = 25 mT /cm

Modulao da freqncia:

df/dx = Gx = 1 kHz /cm = 100 Hz/mm

Gradiente

FFT

tempo f


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Gzz

x

y


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90o

180o

Gz

Only signal from slice

Normally chosen as z-direction


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90o180o

Gz

Gx


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90o

180o

Gz

Gx

Gy


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, m data points

n repetitions

2D FFT

n

m


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Select one slice !Do many experiments with different directions of readout gradient


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Radon transformation ( MRI, CT, PET, Spect .)S.R. Deans, S. RoderickThe Radon Transform and Some of its Applications.Wilwy, New York1983


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Many values

Many values

Repeatformanyangles


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B0


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!


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Normal Prolaps Malignancy ?


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Arrows point to multiple lesions in the liver demonstrating metastases.

IRM M di i


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IRM na Medicina

A I


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A Imagem

- Devido as Bobinas de Gradiente, o equipamento de RM nos permite fazerimagens da estrutura desejada em formas de cortes em um sentidopreviamente especificado, como poderemos ver nos exemplos abaixo.

- Para cada sentido escolhido, designimos um nome p/ o plano de corte daimagem. So eles : Sagital, Axial ou Coronal

Cabea do Paciente

Sagital

Axial

A imagem


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A imagem

-Alm da Bobina Gradiente, se torna necessrio tambm para aaquisio da Imagem, as Bobinas de Rdio-Frequncia.

-So Responsveis pela emisso e recepo dos sinais de rdio.

Podemos classific-las da seguinte forma:

- Bobina Corporal :- est fica dentro do prtico do magneto; circunda

completamente o paciente, inclusive a mesa onde ele ficaacomodado.

Obteno da Imagem


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Obteno da Imagem

- Bobina de volume integral circunferenciais :- menores e separadas, tambmcircundam a parte examinada... Ex: Bobina para Cabea e a Bobina para

membro .

- Bobinas de superfcie :- Estas so colocadas sobre a rea a ser examinada.Geralmente, este tipo de Bobina, utilizada para visualizao de regies mais

superficiais... Ex.: Bobina para ombro. Principal vantagem, o aumento darazo Sinal Rudo.

A Imagem Parmetros da Imagem


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A Imagem - Parmetros da Imagem

Contraste do Objeto

Para tratarmos deste assunto, usaremos os parmetros de relaxamento j

abordado; T1 e T2.

Embora o Relaxamento T1 e T2 ocorram simultaneamente, estes so independentes



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TecidoDensidadeProtnica

T1 (ms) T2 (ms)

LCE 10.8 2000 250Subs. Cinzenta 10.5 300 118

Subs. Branca 11 150 133

Msculo 11 250 64

Gordura 10.9 450 150

Fgado 10 250 44

Observe que o T1 maior que os tempos de relaxamento T2 p/ qualquer tecido ou

igual a ele. Geralmente so escolhido sequncias de pulsos para acentuar a diferenaentre os tempos de relaxamento de diferentes tecidos. O constraste entre os tecidos

atingido na IRM final por acentuao destas diferenas



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Imagens ponderadas em T1: Afim de maximizar a diferena na intensidade desinal baseada em tempos de relaxamento T1. O TR da seqncia encurtado.Uma sequencia de TR curto e TE curto produz uma imagem ponderada emT1. Isso permite que estruturas com tempos de relaxamento T1 curtos sejam

brilhantes (gordura, lquidos proteinognicos) e estruturas com T1 longo sejamescuras (neoplasia, edema, inflamao, lquido puro)

seqncia de pulsos de TR longo e TE curto. Entretanto, quando TE aumentado o contraste T2 aumenta, a razo sinal rudo geral diminui. Asestruturas em uma imagem ponderada em T2 mostraro inverso de contrastea partir das estruturas na imagem ponderada em T1. As estruturas com T2longo apresentam-se brilhantes (neoplasia, edema, inflamao, lquido puro)As estruturas com T2 curto apresentam-se escuros (estruturas com ferro, comoprodutos de decomposio do sangue)



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Imagem Transversalcom contraste por T1

Imagem Transversalcom contraste por T2

A Imagem - Agentes de Contraste


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A Imagem - Agentes de Contraste

Atualmente, o agente de contraste mais popular para exames deRM, o Gadolnio-DTPA (Gd-DTPA).

Atualmente ministrada uma dose de 0,2 ml/kg com a velocidade dainjeo no excedendo 10 ml/min

-

- menor toxidade e menos efeitos colaterais que o contrasteiodado- O Contraste permanece no corpo da pessoal cerca de 60 min. O

que nos da um bom tempo para a realizao do exame.. (uma vez

que um Exame de RM dura em torno de 40 a 50 min)

Contra indicao:

- Insifucincia renal.. Uma vez que o contraste eliminado pela

urina

RM - Riscos e Precaues


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RM Riscos e Precaues

A Energia liberada pelo IRM no ionizante, o que livra o pacientedos riscos ocasionadas pelas energias ionizantes

No entanto o campo magntico gerado pela bobina do aparelho deRM representa alguns riscos...

Ex: Tores de objetos Metlicos:

- Esto completamente proibidas de fazer uma IRM, pessoasque tenham grampos cirrgicos dentro do corpo, como por exemplo,pacientes com grampos em aneurismas intracrnianos.

- Prteses metlicas dentro do corpo;- artefatos de metal como projteis de arma de foro ou

estilhao de granada



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Ex: Interferncias Eltricas com Implantes Eletromecnicos:

- Tambm so probidas de fazer os exames pessoas commarcapasso.

- Outros dispositivos que podem ser afetados pela IRM so,cartes e fitas magnticas, relgios analgicos.

Musculares:

- Os campos magnticos induzidos por gradiente que semodificam rapidamente podem causar corrente eltrica nos tecidos.Estes podem ser suficientemente grandes para interferir com afuno normal de clulas nervosas e fibras musculares

Pacientes com ClaustrofobiaAquecimento Local de Tecidos e Objetos Metlicos



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- Apesar de no haver evidncia de que exista qualquer risco para o feto,recomenda-se s gestantes realizar o exame aps o primeiro trimestre degravidez. Exames antes deste perodo podem ser realizados desde que odiagnstico seja imprescindvel gestante

Distncias Minmas recomendadasA Intensidade do Campo Magntico inversamente prop Ao cubo da distncia


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A Intensidade do Campo Magntico inversamente prop. Ao cubo da distncia

RM - Aplicaes Mdicas


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RM Aplicaes Mdicas

A seguir, sero apresentados os exames mais comuns feitos por IRM,

sero tambm descritas as orientaoes para o exame.

O principal objetivo de um exame por RM a boa qualidade da imagemem um limite de tem o aceitvel

Os exames mais comuns so:



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p

Imagens do EncfaloCortes de Rotina: (Sagital, Coronal e Axial)

Estruturas mais bem Demonstradas: (Subst. Cinzenta, Subst. BrancaTecido Nervoso, gnglios da Base, ventrlogo, troncoe encfalo

Patologia Demonstrada: Doenas da Subst. Branca, principalmenteesclerose mltipla

Agente de Contraste: Gd-DTPA com imagens ponderadas em T1Bobina para Cabea Padro



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p

Imagem transversal com contrastepor T1, mostrando rea hipo-intensa tpica de AVC antigo.

Imagem transversal com contrastepor T2, mostrando rea hiper-intensa tpica de AVC recente.



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p

Imagem da Coluna

Cortes de Rotina: (Sagital e Axial)

Estruturas mais bem Demonstradas: (Medula espinhal, tecido nervoso, discosintervertebrais, medula ssea, espaos entre as articulaes

interfacetrias, veia basivertebral, ligamento amarelo

Patologia Demonstrada: Herniao e degenerao do disco, alteraes doosso e da medula ssea, neoplasia, doena inflamatria edesmielinizante

Agente de Contraste: Gd-DTPA com ponderaoPosio do Paciente: Paciente deitado de costas, cabea primeiro p/ coluna

cervical e ps primeiro para coluna lombar



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p

Imagens Sagitais da coluna lombar com contraste por densidade, mostrando protuso dos discos invertebrais l3, l4 e l4 -l5



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p

Imagens do Membro e Articulao

Cortes de Rotina: (Sagital, Coronal e Axial)

Estruturas mais bem Demonstradas: (Gordura, msculo, ligamentos,tendes, nervos, vasos sanguneos, medula ssea)

Patologia Demonstrada: Disturbios da medula ssea, tumores dos tecidos, , .

Posicionamento no Aparelho: Cabea ou p primeiro, deitado de costas ou debarriga, Anatomia de interesse centralizada na bobina. Bobina

centralizada no magneto principal.



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Imagem Coronal com

contraste por T1, MostrandoRuptura do menisco medial

Imagem Sagital com

contraste por T1, MostrandoRuptura do menisco medial



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Imagens do Abdome e da PelveCortes de Rotina: (Sagital, Coronal e Axial)

Estruturas mais bem Demonstradas: (Fgado, pncreas, bao, suprarenais,vescula biliar, rim, vasos, rgos da reproduo.Patologia Demonstrada: Tamanho do tumor e estadiamento de tumores,

rinci almente tumores editricos tais como neuroblastoma e tumor deWilms.

Preparo para o exame: Neste caso, os pacientes podem ser instrudos a jejuarou consumir apenas liqudos coados 4 hs antes do exame.



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AbdomemOrientao axial

AbdomemOrientao axial


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