Ressonância Magnética

Sumário

1.        HISTORICO        

2.        PRINCIPIOS FISICOS        

3.        Técnicas da Ressonância Magnética Nuclear        

4.        Aplicações de Ressonância Magnética Nuclear        

5.        Amostragem        

6.        Da aplicabilidade às vantagens e desvantagens da Ressonância Magnética Nuclear (RMN)        

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1. HISTORICO

Os primeiros vestígios da Ressonância Magnética Nuclear (RMN) começam em 1924 quando Pauli propõe que partículas têm movimentos angulares (spin).

        Posteriormente, as primeiras publicações a respeito do fenômeno da RMN foram feitas por dois grupos de cientistas americanos independentes: Felix Bloch e colaboradores, da Universidade de Stanford, e Edward Purcell e colaboradores, da Universidade de Harvard. Em 1952, ambos ganharam o Prêmio Nobel de Física ao estudarem o comportamento de núcleos atômicos colocados num campo magnético. Descobriram que os núcleos absorviam a energia de ondas de rádio de frequências específicas e, após determinado tempo, emitiam sinais que eram registrados num espectro característico. Uma análise desse espectro informava sobre o movimento e composição das moléculas estudadas.

        Em 1971, ocorre um grande avanço que será posteriormente muito importante para a medicina, Raymond Damadian demonstra que as constantes de relaxação da água são bastante diferentes em tumores malignos de ratos quando comparados a tecidos normais, produzindo uma imagem por RMN do tumor de um rato.

Entretanto, foi Paul Lanterbur, em 1973, quem modificou os espectrômetros para fornecer sinais espaciais codificados através da variação linear do campo magnético e, assim, se obteve as primeiras imagens de um objeto não homogêneo por Ressonância Magnética Nuclear.

Em 1977, Damadian realiza a primeira utilização em humanos, e logo após, em 1983 depois de contínuas melhorias no software e hardware, os aparelhos de RM de corpo inteiro apresentavam um sistema capaz de realizar exames com imagens de ótima resolução espacial em poucos minutos, em 1985 os planos de saúde começam a pagar exames de Ressonância Magnética Nuclear sendo eles usados em na rotina clínica.

1. PRINCIPIOS FISICOS

Para facilitar o entendimento físico do processo, vamos pegar um, átomo de hidrogênio, por exemplo, por ser mais utilizado. Ele tem um próton em seu núcleo, onde este exato próton está girando em torno de seu próprio eixo. Dizemos, portanto, que ele tem spin de sentido definido. A carga atribuída ao próton também gira em torno do próprio eixo, gerando uma corrente elétrica que por sua vez gera um campo magnético ao seu redor. Com o campo magnético formado, há um polo norte e um sul, ou seja, os núcleos podem ser vistos como ímãs.

[pic 1]

Figura 1: A forção do campo magnético nos faz entender o núcleo como um imã

Observemos, entretanto, que sem um campo magnético agindo sobre esses átomos eles estão desorientados. Vamos imaginar então um campo magnético externo B0. Quando há interação com este campo, o momento magnético do átomo fica orientado de forma paralela para sul ou norte dependendo do seu estado quântico magnética (-1/2 ou +1/2), como observamos a seguir:

[pic 2]

Figura 1: Definições de quando há um campo magnético externo B0

Entendamos momento angular como uma grandeza física que relaciona à rotação e translação de um corpo, ou seja, relaciona sua massa e sua velocidade considerando que a mesma gire em torno de um eixo.

É condição fundamental que os núcleos tenham momento angular diferente de zero para que haja absorção de energia pelo RMN

A condição principal para absorção de energia pelo efeito RMN é de que os núcleos tenham momento angular diferente de zero. Como o Carbono (C), Enxofre (S) e Oxigênio (O) não possuem spin, eles não dão espectros de RMN.

Os prótons, no entanto, podem orientar seus momentos magnéticos em duas direções: em direção ao campo magnético externo (paralelamente) ou em direção contrária (antiparalelamente); em cada uma dessas orientações possuem valores diferentes de energia potencial. A orientação paralela é a de menor energia potencial e, portanto, representa a situação mais estável. Na orientação antiparalela os prótons encontram-se num estado excitado possuindo uma maior energia potencial, superior à energia do estado paralelo. Os prótons escolherão a orientação que exija menor energia potencial, assim uma maior quantidade de prótons ocupará o nível mais baixo de energia, isto é, terão seus momentos magnéticos orientados em direção ao campo magnético. Para 10^7 prótons antiparalelos, por exemplo, haverá (10^7) + 7 prótons paralelos ao campo magnético e são justamente estes 7 prótons móveis que têm grande importância na técnica de Ressonância Magnética.  

       Observemos mais atentamente estes prótons: num campo magnético externo os prótons não estão totalmente enfileirados junto às linhas de força deste campo eles se movimentam de maneira similar ao movimento que realiza o pião sobre a terra. Este tipo de movimento realizado pelo próton num campo magnético externo é chamado de precessão. Durante a precessão o vetor que representa o momento magnético do próton descreve uma figura cônica.

[pic 3] 

Figura 3: Comportamento dos Prótons Submetidos a um campo magnético

No sistema de coordenadas da figura 4, observamos que as linhas de campo magnético externo estão orientadas junto ao eixo z, enquanto os campos magnéticos dos prótons serão representados através de pequenos vetores. Num campo magnético de 1 Tesla existem vários milhões de prótons precessando com uma frequência de 42 milhões de vezes por segundo. Estes prótons, como pequenos ímãs, orientam-se de forma paralela ou antiparalela ao campo magnético externo. As forças magnéticas diametralmente opostas eliminam-se mutuamente. Mas como sempre um maior número de prótons está alinhado no sentido do campo magnético (para cima), as forças magnéticas, nesta direção, não serão totalmente eliminadas. Por outro lado, para um próton que precessione à esquerda do eixo z (C), haverá outro que se encontra à direita (C´), da mesma forma para um próton que se encontre na frente (B) poderá encontrar-se outro próton precessando na parte detrás (B´), de tal forma que os componentes destes vetores (Spin dos prótons) nos eixos x e y, eliminam-se reciprocamente, sobrando unicamente os componentes no eixo z, os quais se adicionam mutuamente, resultando, a nível macroscópico, uma magnetização nesta direção.