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RM Teoría y Terminología

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Objetivos Física es la llave para entender que hay detrás de la selección de parámetros realizada durante la adquisición de imágenes Los técnicos de RM manipulan la física con el fin de obtener contrastes y eliminar artefactos de las imágenes

Este módulo examina las propiedades que hacen al núcleo activo en RM, comportamiento del núcleo en un campo magnético externo, resonancia, señal, relajación, ponderación, codificación espacial 2/ GE /

Estructura Atómica Proton

Electron

_ + + + + _ Neutron

CARACTERISTICAS DEL ATOMO •Protones, neutrones, y electrones tienen carga y masa • Los núcleos contienen protones y neutrones •Los protones tienen carga positiva •Los neutrones no tienen carga •Los electrones tiene carga negativa •Los electrones giran alrededor del núcleo 3/ GE /

Estructura Atómica Proton

Electron

_ + + + + _ Neutron

PROPIEDADES FISICAS Y EL ATOMO El núcleo determina las propiedades físicas del átomo •Numero Atómico = Número de protones (o electrones) •Masa = Suma de protones y neutrones •Si, Protones = Neutrones el átomo es RM inactivo 4/ GE /

Estructura Atómica Proton

Electron

_ + + + + _ Neutron

CHEMICAL PROPERTIES AND THE ELECTRON SHELLS •Electrones determinan las propiedades quimicas del átomo •The orbital shell determines the electron’s energy level •Cuando protones y electrones son iguales, el átomo no tiene una carga neta y es quimicamente inactivo. 5/ GE /

Atomo Hidrógeno 1

Proton Electron

_ •EL NCLEO DE HIDROGENO 1 •1H CONTIENE •1 proton •No neutrones •1 electron

+

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Giro(spin) Neto

PROTONES, NEUTRONES Y ELECTRONES GIRAN (rotan sobre su eje) •Pares de protones con protones en posición spin-up-spin-down •Pares de neutrones con neutrones en posicion spin-up-spin-down •Protones impares con neutrones •Spin pares se cancelan •Protones y/o neutrones impares crean un spin neto •El spin (giro) neto hace al núcleo RM activo 7/ GE /

Momento nuclear magnético

+

•Un núcleo con un giro neto es una particula cargada girando •Esto genera un campo magnético paralelo al eje de giro •Este campo magnético es llamado momento nuclear magnético 8/ GE /

Vector Cuantitativo

MISMA INTENSIDAD DIFERENTE DIRECCION

MISMA DIRECCION DIFERENTE INTENSIDAD

•El Momento Nuclear Magnético tiene una magnitud y una dirección •El simbolo vector representa la magnitud y la dirección del MNM

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Alineamiento Natural

EN AUSENCIA DE UN CAMPO MAGNETICO EXTERNO •Los núcleos tienen direcciones aleatoreas •Se cancelan unos a otros y no hay magnetización neta 10 / GE /

Alineamiento con Bo B0

EN PRESENCIA DE UN CAMPO MAGNETICO EXTERNO -Bo•Los núcleos se alinean en 1 ó 2 direcciones dependiendo de su energía •Baja Energía se alinean en paralelo con Bo •Alta Energía se alinean contra Bo en antiparalelo 11 / GE /

Aumentando Bo B0

A MEDIDA QUE B0 AUMENTA, MAS NUCLEOS SE ALINEAN EN LA POSICION PARALELA DE BAJA ENERGIA 12 / GE /

Vector de Magnetización Neto B0

EL VECTOR DE MAGNETIZACION NETO ES FORMADO POR •Pares de núcleos paralelos y antiparalelos anulados •El momento magnético de los núcleos impares se suma y crea un efecto llamado Vector de Magnetización Neto •Solamente los núcleos impares participan en la señal de RM 13 / GE /

Vector de Magnetización Neto B0

Mz

EL VECTOR NETO ES LA SUMA DE TODOS LOS VECTORES PARALELOS, IMPARES Y DE BAJA ENERGIA •La potencia es la SUMA de las fuerzas magnéticas de cada proton •La dirección es la SUMA de las direcciones polares de cada proton •En el estado de Baja Energia, el Vector Neto se alinea a lo largo del eje longitudinal o eje Z y es llamado Mz 14 /

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Precesión en Bo B0

ELLOS BAMBOLEAN COMO UN TROMPO •La agitación térmica impide al núcleo alinearse perfectamente con Bo por lo que se alinea en un ángulo •Como Bo tiende a llevar al núcleo a una perfecta alineación, el conflicto entre fuerzas produce la precesion del núcleo 15 / GE /

La Ecuación de Larmor

ω = γΒο Omega o frecuencia precesional

Gamma o razón giromagnética

Potencia del campo magnético externo

LA ECUACION DE LARMOR CALCULA LA VELOCIDAD DE PRECESION •La frecuencia precesional depende de: El tipo de núcleo La potenia del campo magnético externo •La frecuencia precesional es medida en ciclos por segundos -Hz16 / GE /

Razón Giromagnética Núcleo n 1H 2H 13C 14N 19F 23Na 27Al 31P

γ

GMR en MHz 29.16 42.58 06.53 10.70 03.08 40.05 11.26 11.09 17.24

La Razón Giromagnética otorga una frecuencia a 1.0 Tesla •La R. G. provee una constante giromagnética para cada núcleo a 1 Tesla •La R. G. es única para cada tipo de núcleo. 17 / GE /

H1 a 1.5 Tesla

ω = γ Βο 63.87 MHz

42.58 MHz/1.0T

1.5T

LA FRECUENCIA PRECESIONAL DE H1 A 1.5 TESLA •Cuál es la frecuencia precesional de H1 a 2T? •Cuál es la frecuencia precesional de H1 a 0.5T?

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Todavía no hay señal B0

Mz

•Mz no puede ser medida cuando esta alineada con Bo •Mz debe ser movida de Bo para poder generar señal •Cómo hacemos para mover Mz de Bo? 19 / GE /

Las bases de RM LA BASE DE LA RM ES INDUCIR TRANSICIONES ENTRE ESTADOS DE ENERGIA POR ABSORCION Y TRANSFERENCIA DE ENERGIA Mz

=

RECUERDEN QUE Mz ES LA SUMA DE LOS NUCLEOS PARALELOS E IMPARES •Para mover Mz se necesita cambiar el alineamiento de cada núcleo •Para cambiar el alineamiento de cada núcleo se debe cambiar su nivel de energía •Para cambiar su nivel de energia se usa Radiofrecuencia 20 / GE /

RF Fase y Frecuencia Longitud de Onda

Amplitud

B1 Frecuencia = ciclos por segundo RADIACION ELECTROMAGNETICA •Las Ondas de Radio son ondas sinusoidales, que generan campos magnéticos fluctuantes •Las Ondas de Radio tienen Amplitud, Longitud de Onda y Frecuencia •La frecuencia de la Onda de Radio determina su Energía 21 / GE /

Sintonizando Frecuencia

ω = γ Βο

B0

= B1

LA ECUACION DE LARMOR CALCULA LA FRECUENCIA DE TRANSMISION •La frecuencia del pulso de RF debe er la misma que la frecuencia de de precesión del núcleo para poder transferir energía CUANDO HACEN “PRESCAN” ESTAN SINTONIZANDO ESTAS FRECUENCIAS 22 / GE /

B1 Definición B0

Mz

B1

DOS CRITERIOS PARA B1 •El campo magnetico ejercido por la energia de RF es llamado B1 •B1 debe ser transmitido perpendicular a Bo 23 / GE /

Resonancia B0

Mz

B1

EN PRESENCIA DE B1, LOS NUCLEOS DE BAJA ENERGIA, ABSORBEN ENERGIA Y SE MUEVEN A UN ESTADO DE ALTA ENERGIA LA TRANSICION AL ESTADO DE ALTA ENERGIA ES LLAMADO RESONANCIA 24 / GE /

Movimiento del Núcleo B0

B1

DESPUES DE ABSORVER ENERGIA EL NUCLEO SE MUEVE A UNA ALINEACION ANTIPARALELA

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Movimiento de la Magnetización Neta B0

B1

Mxy

LA DIRECCION DEL VECTOR NETO CAMBIA TAL COMO TRANSICIONO EL ATOMO A UN ESTADO DE ALTA ENERGIA •El pulso de RF es designado de acuerdo al movimiento que crea en el Bo •Un pulso de 90 grados mueve la magnetización neta a 90 grados •Cuánto mueve la magnetización neta un pulso de 180 grados? •Cuando la magnetización neta esta en el plano transverso es llamada Mxy 26 / GE /

Ley de Faraday de Inducción 3 ELEMENTOS DEBEN ENCONTRARSE PARA GENERAR SEÑAL •Un conductor •Un campo magnético •Movimiento del campo magnético en relación al conductor

B0

Mxy

EN RM •Una bobina de RF nos da el conductor •Y mxy nos da el campo magnético en movimiento porque precesa 27 / GE /

Producción de señal en RM

Fuerte señal positiva

•La potencia y dirección de la señal generada en la bobina depende de la posición de Mxy •Fuerte señal positiva es generada cuando el vector neto pasa perpendicular a través de la bobina de recepción 28 / GE /

Producción de señal de RM

Ausencia de señal

Ausencia se señal es generada cuando el vector neto es paralelo a la bobina de recepción 29 / GE /

Producción de señal de RM

Fuerte señal negativa

Fuerte señal negativa es generada cuando el polo negativo del vector neto pasa a través de la bobina de recepción

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Producción de señal de RM

Ausencia de señal

Ausencia se señal es generada cuando el vector neto es paralelo a la bobina de recepción

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Decaimiento de Inducción Libre (FID)

•La señal generada en la bobina de recepción es alternativa porque el vector neto esta precesando •La señal decae a medida que el núcleo retorna al estado de baja energía 32 / GE /

Relajación B0

Mxy

CUANDO B1 ES REMOVIDO, EL NUCLEO EMITE ENERGIA Y REGRESA AL ESTADO DE BAJA ENERGIA LA TRANSICION REGRESIVA AL ESTADO DE BAJA ENERGIA ES LLAMADA RELAJACION 33 /

GE /

Relajacion B0

DESPUES DE EMITIR ENERGIA EL NUCLEO REGRESA AL ALINEAMIENTO EN PARALELO 34 / GE /

Movimiento de la Magnetización Neta B0

Mz

Y EL VECTOR DE MAGNETIZACION NETO REGRESA A LA POSICION Mz

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Coherencia de Fase Vector Neto

El pulso de RF causa en el nucleo: •Movimiento a un estado de alta energía •Precesión en fase

LAS PUNTAS DE LOS VECTORES DE LOS MOMENTOS MAGNETICOS SE ENCUENTRAN EN EL MISMO LUGAR EN EL CICLO PRECESIONAL 36 / GE /

Pérdida de Coherencia de Fase

Cuando el pulso de RF es removido el núcleo: •vuelve al estado de baja energía •Precesa fuera de fase

LA PUNTA DE LOS VECTORES SE ENCUENTRAN EN DISTINTOS MOMENTOS DEL CICLO PRECESIONAL 37 / GE /

Relajación

La pérdida de coherencia de fase es llamada defasaje o relajación T2

El regreso al estado de baja energía es llamado recuperación o relajación T1

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GE Medical Systems--TiP Training in Partnership

Relajación T1 •Relajación T1 es también llamada Térmica o spin-lattice (enrejado) •Relajación T1 envuelve un intercambio de energía - núcleos excitados liberan energía y vuelven al estado de equilibrio •Relajación T1 es la recuperación del vector de magnetización neto al eje longitudinal M0

Mz Tiempo T1 es cuando el 63% del re-crecimiento ha ocurrido

63% 39 / GE /

GE Medical Systems--TiP Training in Partnership

Relajación T2 •Relajacion T2 tambien llamada Térmica o spin-spin •Relajación T2 envuelve la pérdida de coherencia de fase y es causada por el campo magnético local •Relajación T2 es causada por la pérdida de fase del vector de magnetización en el plano transverso

Mxy Tiempo T2 es cuando el 37% de la magntización transversa inicial se queda

37% 40 / GE /

Relajación T2* (estrella) El defasaje T2 puede ser causado por inomogeneidades en Bo este tipo de defasaje es llamado T2*(estrella)

+ •B0 no es perfecto •El paciente introduce imperfecciones adicionales •Los núcleos precesan mas rápido o mas lento debido a éstas imperfecciones

+

-

41 / GE /

Molecular Tumbling and Relaxation MOLECULAR TUMBLING RATE AFFECTS RELAXATION EFFICIENCY

T1

T2

Slow

W0

Fast

•T2 ocurre antes o al mismo tiempo que T1 •T1 no ocurre antes que T2 42 / GE /

Contraste de Imágen

La intensidad de la señal de RM es afectada por •Relajación T1 •Relajación T2 •Densidad Protónica Variaciones en T1, T2 y Densidad Protónica producen contrastes de imágen

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Contraste

•El contraste de las imágenes es denominado de acuerdo al factor que ha tenido el impacto mas importante. Todos los factores afectan a las imagenes, pero sólo uno tiene mas influencia que los otros •T1-weighted--Relajación T1 ha tenido el mayor impacto •T2-weighted--Relajacion T2 ha tenido el mayor impacto •Proton density weighted--Densidad Protónica ha tenido el mayor impacto La importancia de la RM es la posibilidad de cambiar el contraste, cambiando el factor de impacto 44 / GE /

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Secuencias de Pulso

El contraste es afectado por •El tipo de pulso de RF •El control del tiempo del pulso de RF Secuencias de pulso y parámetros controladores de tiempo determinan como, T1, T2 o DP impactan en el contraste

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Controlando efecto T1 z

xy

•Un pulso de 90° mueve el vector neto 90° •Cuando la velocidad de repetición del pulso de 90° es mas corta que el tiempo de recuperación T1 ocurre una saturación •Diferentes tejidos, con diferentes tiempos T1, tienen diferentes niveles de saturación 46 / GE /

Controlando efecto T2

Slow Fast

Slow Fast

•T2 y T2* causan al núcleo del vector neto un defasaje porque algunos núcleos precesan mas rápidos y otros mas lentos •Un pulso de 180° revierte la magnetización permitiendo al núcleo re-enfasarse y producir una señal de eco 47 / GE /

Contraste Para crear una imágen potenciada en T1 •Optimizar el efecto de saturación usando TR corto •No permite al tejido recuperarse •Disminuir el defasaje utilizando TE corto •No permite que ocurra el tiempo T2 Para crear una imágen potenciada en T2 •Disminuir el efecto de saturación usando TR largo •Permite al tejido recuperarse •Optimizar el defasaje utilizando TE largo •Permite que ocurra el tiempo T2 Para crear una imágen potenciada en Densidad Protónica •Disminuir el efecto de saturación usando TR largo •Permite al tejido recuperarse •Disminuir el defasaje utilizando TE corto •No permite que ocurra el tiempo T2 48 / GE /

Contraste

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Codificación Espacial

La señal de RM debe ser codificada espacialmente Codificación Espacial envuelve: •Selección de corte •Codificación de fase •Codificación de frecuencia

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Selección de Corte El primer paso es la exitación del corte--el objetivo es sólo excitar los núcleos que están dentro del corte de interés

Un gradiente magnético de campo es encendido

-

+ 51 / GE /

Selección de Corte Los núcleos precesan a diferentes frecuencias en relación a su posición con respecto al gradiente

La RF es transmitida a una frecuencia que combina con la del núcleo dentro del corte de interés. Sólo éstos núcleos serán excitados

-

+ 52 / GE /

Selección de Corte Los gradientes pueden alterar el campo magnético principal a lo largo de los ejes X, Y y Z

El gradiente Z determina la selección del corte en AXIAL

Y

El gradiente X determina la selección del corte en SAGITAL X El gradiente Y determina la selección del corte en CORONAL Z

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Codificación de Fase El próximo paso es la codificación de Fase del corte excitado

-

+

En la codificación de Fase un gradiente es encendido y luego apagado 54 / GE /

Codificación de Fase Mientras que los gradiente están encendidos los núcleos precesan a diferentes frecuencias Donde el gradiente es mas fuerte el núcleo precesa mas rápido

Donde el gradiente es mas debil el núcleo precesa mas lento

-

+

55 / GE /

Codificación de Fase Cuando el gradiente es apagado, el núcleo retorna a la misma frecuencia de precesión, pero su fase ha sido movida en relación a la posición del gradiente

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Codificación de Frecuencia En la codificación de frecuencia, un gradiente es encendido y se mantiene en esa condición, mientras la señal es recojida.

+

-

Donde el gradiente es mas fuerte el núcleo precesa mas rápido

Donde el gradiente es mas débil el núcleo precesa mas lento

57 / GE /

Codificación de Frecuencia Durante la recolección los núcleos estan precesando a diferentes frecuencias en relación a la posición de los gradientes.

+

-

58 / GE /

Codificación Espacial El proceso completo es repetido una vez por cada valor de codificación de fase +128

-128

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Espacio K El resultado de la codificación espacial es el llenado del Espacio K

Cada linea del espacio K representa una única combinación de Fase Y Frecuencia 60 / GE /

Espacio K El espacio K guarda todos los datos que son usados en la reconstrucción de la imagen

Las lineas centrales del espacio K tienen alto impacto en el contraste de la imagen 61 / GE /

Gracias

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