E = B0

E = hrf

Ressonância Magnética Nuclear

Núcleo de spin I = ½ (1H, 13C, 15N, 19F, 31P) Campo estático externo B0 desdobramento dos níveis de energia ( ) spins precessionam (M rotaciona) com frequência 0

Campo oscilante B1 de frequência rf transições entre os níveis de energia ( )

L : frequência de Larmor.

sem campo com campo B0

(-)

(+)

E = hrf = B0

N

N = N e-E/KT

Ressonância:

Visão clássica Visão “quântica”

sem Campo B0 com Campo B0 com Campo B0 antes do pulso depois do pulso

Pulsos de RF

Ligando a radiofrequência (RF) a magnetização irá girar ao redor do campo B1

O ângulo de giro será dado por

Ginástica com os Spins com pulsos de RF

Pulso de 90 em torno de y pulso (/2)y

• leva a magnetização para x • RF ligada durante t = /2B1 (~s)

Pulso de 180 em torno de y pulso ()y

• leva a magnetização para -z • RF ligada durante t = /B1 (~s)

Ligo campo externo Bo (direção z) magnetização rotaciona ao redor de z Ligo radio-frequência (pulso /2) magnetização vai ao plano xy

Vetor magnetização irá induzir um sinal em uma bobina colocada no plano xy

Sinal induzido: Free Induction Decay (FID) Espectro: função delta

FID (Free Induction Decay)

M0cos(2Lt)

L

Amostra com vários spins nucleares

Todos os prótons de uma amostra absorveriam na mesma frequência!!!

Próton (1H): = 2.6752 .108 T-1.s-1 B0 = 14.1 T

0 = 600 MHz = rf (ressonância)

Ressonância:

Blindagem

Em uma amostra sob um campo externo B0, surgem outros campos magnéticos locais

• induzidos por correntes eletrônicas; • via interação escalar (núvem eletrônica); • via interação dipolar (espaço); • gradientes de campo elétrico locais ( I > ½ )

resultando em um campo magnético efetivo

O campo induzido Bind vem da Lei de Faraday-Lenz ( ), onde : constante de blindagem.

Ressonância:

Prótons em ambientes magnéticos distindos absorvem em frequências distintas

Amostra com vários spins nucleares não equivalentes

valor de L vai depender do equipamento utilizado (B0) !!!

Define-se o deslocamento químico L - ref e a escala delta

onde ref é a frequência de ressonância de um determinado padrão (TMS; DSS). Exemplo: espectrômetro de 800 MHz espectrômetro de 500 MHz DSS ref = 800.199888 MHz ref = 500.124930 MHz Próton metil L = 800.200528 MHz L = 500.125330 MHz L - ref = 640 Hz L - ref = 400 Hz = 0.8 ppm = 0.8 ppm

Deslocamento químico e escala (ppm)

Vantagem do alto campo

• Simplifica a aparencia do espectro: picos em ref = 0 ppm e L = 1 ppm (L = ref + ref.10-6) espectrômetro de 500 MHz L = ref + 500 Hz espectrômetro de 100 MHz L = ref + 100 Hz • Aumenta a intensidade do sinal. absorção B2 B pela diferença de populações e B pela energia absorvida pelo fóton

100Hz

L ref

L ref

Técnicas CW e FT

Amostra: muitos prótons não-equivalentes (ambientes magnéticos diferentes)

Para um dado B0 teremos muitas frequências L (condições de ressonância) Podemos

• fazer uma varredura de frequências no tempo, observando um pico de absorção da radiofrequência cada vez que a condição de ressonância for satisfeita por um conjunto de prótons equivalentes: técnica CW = continuous wave; • irradiar um intervalo de frequências, observando a radiação que cada conjunto de prótons emite ao retornar ao seu estado fundamental: técnica pulsada ou técnica FT = Fourier transform.

+ = FT

t

t

t

Transformada de Fourier

Retorno ao equilíbrio

A rádio-frequência aplicada tira a magnetização de seu estado de equilíbrio. Uma vez desligada a rf, a magnetização irá relaxar: retornar ao seu estado de equilíbrio. Como? Spins nucleares não estão isolados: interagem magnética e eletricamente com • os elétrons de seu átomo; • os outros átomos que compoem sua molécula; • as moléculas do solvente. Tais mecanismos de interação irão servir como caminhos de relaxação.

Relaxação

Tempos de relaxação: dependem do ambiente magnético a que os spins nucleares estão submetidos. A relaxação resulta em um alargamento dos sinais de ressonância!!!

FT

t

Mecanismos de relaxação

Após o pulso de radio-frequência (/2)-x: magnetização em x; desequilíbrio térmico (N = N); spins não randômicamente distribuidos no cone. Relaxação transversal (T2): difusão dos spins sobre o cone Relaxação longitudinal (T1): volta ao equilíbrio térmico

Mx

Mz

Relaxação longitudinal

http://en.wikibooks.org/wiki/Basic_Physics_of_Nuclear_Medicine/MRI_&_Nuclear_Medicine

Relaxação transversal

http://en.wikibooks.org/wiki/Basic_Physics_of_Nuclear_Medicine/MRI_&_Nuclear_Medicine