im rmn-2012 13f
DESCRIPTION
Resonancia magnética nuclear. Instrumentación biomédica II (Imagen médica) Máster Ingeniería Médica, UPNATRANSCRIPT
![Page 1: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/1.jpg)
RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR
Fundamentos físicos Elementos del sistemaSecuencias de pulsosGradientes y reconstrucción de la imagen
Joaquín Sevilla MoróderDepartamento Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Octubre, 2012
![Page 2: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/2.jpg)
Casos particulares de bioanálisis (esquema)
EMISOR PROBLEMA DETECTOR
RX PlacaArray detectores
LuzEspectrómetroFlurímetroEtc.
BRF RMN
Ultrasonidos
Ecografía
![Page 3: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/3.jpg)
Esquema básico del RMN
EMISOR PROBLEMA DETECTOR
BRF RMN
Esto valía para los RX en los que la interacción entre la emisión y el problema está clara, pero ¿qué interacción hay en este caso? ¿Qué significa eso de que la
emisión conste de dos “señales”?
![Page 4: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/4.jpg)
• El fenómeno de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) fue descubierto en 1946 independientemente por Felix Block en Stanford y por Edward Purcell en Harvard, por lo que fueron galardonados con el Premio Nóbel de Física en 1952.
Historia
Felix Bloch E. Purcell
![Page 5: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/5.jpg)
• La utilización de la Resonancia Magnética Nuclear para utilizar imágenes médicas (MRI) se debe a los trabajos de Mansfield y Lauterbur, quienes obtuvieron el premio Nobel por ello en 2003.
Historia
Peter Mansfield
Paul C. Lauterbur
• El premio resultó muy polémico porque dejó fuera a Raymond Damadian, que fue también uno de los pioneros en el tema
![Page 6: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/6.jpg)
Esquema general
B0
RF
Absorción selectiva
de energía
RESONANCIA
Devolución de energía
RELAJACIÓN
Señal eléctrica inducida
IRM SRM
La idea básica es aportar al cuerpo energía de forma selectiva y medir como esta es devuelta al volver al estado de reposo.
![Page 7: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/7.jpg)
Esquema general
Proceso de excitación
Proceso de relajación
Proceso de Adquisición
Formación de la IMAGEN
![Page 8: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/8.jpg)
Idea general del RMN
• A 60 MHz hay una ventana de transmisión de RF en los tejidos humanos.
• Esa radiación sólo interacciona por el fenómeno RMN.• Esto ocurre en núcleos de “spin” semientero (i.e. nº impar
de protones).• El núcleo utilizado es el de HIDRÓGENO.• Se podrá medir la densidad de H en tejidos (por la
cantidad de interacción).• Y el entorno en que se encuentran (por la “calidad” de la
interacción: tiempos de relajación).
![Page 9: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/9.jpg)
![Page 10: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/10.jpg)
Índice
El fenómeno físico
El equipo
Secuencias de pulsos
Reconstrucción de imágenes
![Page 11: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/11.jpg)
El fenómeno físico
Estados energéticos de un protón en un campo B
![Page 12: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/12.jpg)
Mecánica cuántica y explicaciones clásicas
• La explicación de estos fenómenos es cuántica, y por ello compleja y no intuitiva.
• Se intentarán explicaciones cuasi clásicas.
• El hecho experimental primero es que al colocar un campo B en una porción de materia aparece un vector magnetización M de igual dirección y sentido y de magnitud proporcional a B y a la densidad de protones en dicha porción.
DISCLAIMER
![Page 13: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/13.jpg)
Estados energéticos del protón
Los núcleos no están realmente paralelos o antiparalelos a B, es una representación.
La existencia de estados cuánticos de energías distintas permiten la interacción con fotones. En este caso las diferencias de E son pequeñas y la radiación involucrada cae en la banda de radiofrecuencia
¿De dónde salen esos estados?
![Page 14: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/14.jpg)
Momentos angular y magnético
Recordatorio de conceptos de mecánica y electromagnetismo básicos
Para una masa m con carga q, el cociente μ/J es independiente de r y v, y se le llama constante giromagnética (γ). γ = q/2m
Y queda que μ= γ J
![Page 15: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/15.jpg)
Momento angular nuclear (SPIN)
Un protón posee momentos tanto angular como magnético... Como si no fuera una esfera uniforme sino una distribución de carga y masa girando.
Al momento angular nuclear se le denomina SPIN (o espín)
Núcleos con un número par de protones y neutrones “aparean” los giros de las partículas de forma que la resultante es 0
Para el núcleo γ = g . e / mp donde g es la constante de Landé, que para el H vale 2,79
(o espín)
Los núcleos con espín tendrán propiedades magnéticas
![Page 16: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/16.jpg)
Espín nuclear
• Al final sabemos que J = ħ [j (j+1)]1/2 donde j es el número cuántico espín que tiene unos valores posibles (discretos) para cada núcleo. (y ħ es la constante de Planck)
• Para el Hidrógeno (H) j = ± ½
• Al colocar el núcleo en un campo B, las posiciones de J respecto a B están cuantizadas, de manera que las proyecciones vayan desde (+j ħ) a (-j ħ)
![Page 17: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/17.jpg)
Posiciones de J y B en el núcleo de H
![Page 18: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/18.jpg)
Precesión del SPIN ante B externo
Aumentar B no puede cambiar la proyección de J sobre B, la energía potencial magnética se almacena en hacer girar el vector: PRECESIÓN(entiéndase esta frase como un símil, dado que es muy inexacta)
fp = γ B/ 2 π Ecuación de Larmor (o ec. Fundamental del RMN) da la frecuencia de precesión
fp(H) = 0,085- 200 MHz
UUP= - ½ h fp
UDOWNP= + ½ h fp
ΔU= h fp
![Page 19: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/19.jpg)
Energía de los dos estados magnéticos del núcleo
Las frecuencias de precesión están entre 0,1 y 200 MHz para las situaciones de interés en RMN
![Page 20: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/20.jpg)
Precesión giroscópica
http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=ty9QSiVC2g0&feature=endscreen
![Page 21: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/21.jpg)
Espectroscopía RMN
• La diferencia de niveles ΔU depende del campo B que experimenta el núcleo
• ΔU = h fp = h γ B/ 2 π• Pero el campo que percibe realmente el núcleo es la
composición del externo y la contribución de los núcleos de su entorno próximo.
• Así, el valor exacto de resonancia de un núcleo dependerá de su entorno químico (la distribución espacial de núcleos a su alrededor)
• A partir de los pequeños desplazamientos de las frecuencias de absorción (y emisión) observados se reconstruye la estructura molecular analizada.
![Page 22: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/22.jpg)
El fenómeno físico
Estados energéticos de un protón en un campo B
Momento magnético resultante en un elemento de volumen
![Page 23: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/23.jpg)
Magnetización de un elemento de volumen
![Page 24: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/24.jpg)
Sistema de coordenadas
![Page 25: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/25.jpg)
Protón vs. Vóxel
B
2 Estados posibles (ninguno realmente paralelo a B)Precesión
1 “Estado” paralelo a B
M depende de la densidad de hidrógenos, del campo y de la temperatura
MMACRO
>
MICRO
![Page 26: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/26.jpg)
El fenómeno físico
Estados energéticos de un protón en un campo B
Momento magnético resultante en un elemento de volumen
Interacción entre los momentos magnéticos con la radiación (adecuada):
I.- Excitación
![Page 27: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/27.jpg)
http://www.youtube.com/watch?v=1OrPCNVSA4o&feature=related
Es una interacción RESONANTE
![Page 28: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/28.jpg)
Efecto de una perturbación RF externa: nutación
Es una interacción RESONANTE
Cuyo efecto “macro” (sobre M) es hacerlo apartarse del equilibrio, introduciendo nutación, “tumbándolo”
![Page 29: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/29.jpg)
Efecto micro de la RF
El pulso de RF tiene un doble efecto sobre los momentos mgtcs nucleares:
• Equilibrio de poblaciones energéticas = anulación de la componente Z
• Sincronización de fase del movimiento en el plano XY (por aquello del campo externo rotatorio...)
La composición de ambos efectos deja una resultante neta en el plano XY…
… o más allá
![Page 30: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/30.jpg)
Excitación nuclear (macro)• La radiofrecuencia desplaza el momento magnético de un
elemento de volumen (momento que aparece al orientar la precesión de los espines nucleares un campo magnético externo).
• Si la radiación consiste en un pulso de duración determinada, tras su conclusión, el desplazamiento habrá apartado a M de su posición de equilibrio un ángulo αº.
• Este ángulo α depende de:– La intensidad de la emisión (corriente en la bobina + características).– Tiempo de la emisión.– Constante giromagnética de los núcleos.
α pulso
M
M
α
α = 90º
![Page 31: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/31.jpg)
Efecto de pulsos medidos de RF
![Page 32: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/32.jpg)
Sintonización (fina) de la excitación
• La radiofrecuencia desplaza el momento magnético de un elemento de volumen.
• A ese desplazamiento contribuyen los núcleos que entran en resonancia con la emisión (i.e. La frecuencia de emisión coincide exactamente con el ΔE de sus estados)
• El entorno químico (sobre todo si los H están en agua o en lípidos) altera ligeramente en B efectivo que ve cada núcleo. Por lo tanto se puede:– Enviar un pulso ancho de frecuencias y obtener respuesta de todos los
protones.– Enviar un pulso estrecho sintonizado a cada uno de los “entornos
químicos” y obtener dos señales (una de agua y otra de lípidos) para cada voxel.
![Page 33: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/33.jpg)
Bobina de excitación
Para generar la RF de excitación se utiliza una bobina específicamente diseñada como antena
![Page 34: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/34.jpg)
El fenómeno físico
Estados energéticos de un protón en un campo B
Momento magnético resultante en un elemento de volumen
Interacción entre los momentos magnéticos con la radiación (adecuada):
I.- ExcitaciónII.- Desexcitación, relajación (fid)
![Page 35: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/35.jpg)
Inducción de la señal de salida
Hemos visto que un voxel con un pulso de 90º da un momento magnético girando en el plano XY.
En una antena (conductor limitante de un área) perpendicular a dicho plano, por inducción electromagnética aparecerá una tensión.
![Page 36: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/36.jpg)
Relajación Nuclear
M
> ≈
Situación de equilibrio Tras un pulso de 90º
MACROMACROMICRO MICRO
Acabado el pulso, el voxel retornará al estado de equilibrio
Equilibrio termodinámico con el entorno
![Page 37: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/37.jpg)
Obtención de la señal de desexcitación• El retorno al equilibrio también lo
podemos ver macro y microscópicamente.
• Micro: los átomos van virando del estado down al up emitiendo un fotón de la frecuencia adecuada.
• Macro: El vector M del voxel retorna a su alineación con el eje Z por nutación.
• La visión Macro da, en una antena, una tensión inducida denominada FID (free induction decay)
![Page 38: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/38.jpg)
Relajación Nuclear
• El retorno de la corteza electrónica de un átomo a su estado de equilibrio es un proceso espontáneo, depende de sí mismo.
• El retorno nuclear al estado de equilibrio (relajación), por el contrario, requiere un intercambio de energía también con el entorno. Deberán existir cerca del núcleo “estados de energía” accesibles.
• Es como si se requiriera, simultáneamente a la emisión del fotón, la emisión de otro cuanto de energía mecánico (fonón) que necesariamente ha de ser absorbido en el entorno. Simultáneo para garantizar alguna conservación (del momento).
• La mayoría de estos traspasos energéticos son intramoleculares.• La relajación nuclear dependerá de la disponibilidad de ese
“habitat” nuclear (denominado plasma o látex) para absorber esos cuantos energéticos.
![Page 39: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/39.jpg)
Relajación Nuclear
• Las moléculas grandes no tienen “movimientos rápidos”, sólo absorben cuantos a energías bajas (frecuencias bajas) pero muchos (con alta eficacia)
• Las moléculas intermedias (lipídicas) quedan en medio, con las eficacias máximas para la banda RF de interés
• Las moléculas pequeñas (agua) absorben cuantos de casi cualquier energía pero pocos: tienen una eficacia de relajación baja en un amplio espectro frecuaencial.
![Page 40: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/40.jpg)
Relajaciones longitudinal y transversal
Cada uno de los efectos (desexcitación y dessincronización) tiene su constante de tiempo diferente
T1
T2
![Page 41: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/41.jpg)
Relajación Nuclear Longitudinal
• La eficacia de la relajación está directamente relacionada con el tiempo que tarda el voxel en recuperar la alineación de equilibrio de M.
• A este fenómeno se le denomina relajación espín-plasma (o espín- látex), y se caracteriza por el tiempo que dura la realineación.
• Se mide siguiendo la evolución temporal de la proyección de M sobre B. Es así la Relajación Longitudinal
![Page 42: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/42.jpg)
Relajación Longitudinal (T1)
![Page 43: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/43.jpg)
Relajación Longitudinal (T1)
ML
![Page 44: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/44.jpg)
T1- Parámetro de relajación longitudinal(relajación espín – látex)
• Constante de tiempo longitudinal T1. Imagen potenciada en T1. Tiempo al 63% del máximo valor de Mz.
Obsérvese que el valor final (la densidad de H) es el mismo, no daría contraste si no se “potencia” en T1
![Page 45: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/45.jpg)
Relajación Transversal
• Además de la interacción espín-plasma, hay una interacción con el espín de otros núcleos (que se denomina espín-espín) que afecta cambiando f ( como si alterara el B efectivo que realmente percibe un
núcleo).• Por tanto la frecuencia de relajación variará con este entorno
(dado que equivale a la frecuencia de precesión: fp = γ B/ 2 π)• Aunque el proceso de liberación energética sea el mismo en dos
voxeles, el sincronismo (o ritmicidad) con que se produce el retorno puede variar ampliamente:– Si la relajación es muy coherente hay poca interacción espín-espín (y todos
los núcleos ven el B externo, que suponemos muy homogéneo)– Si la interacción es grande, el rango de B varía en un intervalo grande, con
lo que la relajación se hace más incoherente.
![Page 46: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/46.jpg)
Relajación Transversal
• El grado de coherencia de la frecuencia de relajación se correlaciona con características de los tejidos de interés diagnóstico, por lo que interesa medirla
• Si la relajación es muy incoherente la orientación al azar en el plano XY se alcanzará rápidamente (interacción espín-espín alta).
• Si la relajación es muy coherente la anulación de la componente en el plano XY se alcanzará más tarde (interacción espín-espín baja).
• Lo que hay que medir es la proyección del vector M sobre el plano XY durante el proceso de relajación, es decir la Relajación Transversal
![Page 47: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/47.jpg)
Relajación transversal (T2)
![Page 48: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/48.jpg)
Resumiendo...
T1
T2
T2 siempre es menor que T1 . Además aumenta continuamente al pasar a medios más fluidos o menos viscosos (disminuye espín-espín).
T1 depende tiene una variación más compleja.
![Page 49: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/49.jpg)
Variaciones de T1 y T2
Tejido Densidad protónica Tl T2Grasa y piel Alto/blanco Corto/blanco Largo/grisHueso Bajo/negro Muy largo/negro Muy largo/negroSustancia blanca Alto/gris oscuro Corto/gris claro Largo/gris oscuroSustancia gris Alto/gris claro Largo/gris Largo/grisLCR Muy alto/gris Muy largo/negro Muy largo/blanco
![Page 50: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/50.jpg)
Resumiendo...
• Del estudio de la señal de relajación se puede obtener información de:– D : La densidad de núcleos del elemento de volumen que han entrado
en resonancia.– T1 : Tiempo que valora la relajación energética de los núcleos y que
depende del entorno bioquímico en que se encuentren.– T2 : Tiempo que valora el sincronismo de la relajación y que (una vez
liberado de las heterogeneidades del campo externo) da otro tipo de información sobre el entorno bioquímico en que se encuentran los núcleos.
• Pero ¿cómo se hace para obtener la medida de uno u otro de estos parámetros?
![Page 51: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/51.jpg)
El fenómeno físico
Estados energéticos de un protón en un campo B
Momento magnético resultante en un elemento de volumen
Interacción entre los momentos magnéticos con la radiación (adecuada):
I.- ExcitaciónII.- Desexcitación, relajación (fid)
![Page 52: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/52.jpg)
Índice
El fenómeno físico
El equipo
Secuencias de pulsos
Reconstrucción de imágenes
![Page 53: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/53.jpg)
El Imán
• Permanentes• Electroimanes
• Resistivos• Superconductores
![Page 54: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/54.jpg)
Elementos del equipo• El equipo, en lo concerniente a generación y detección de
señales consta de:IMÁN y
ANTENA (en general de emisión y recepción)
Así que sólo se dispone de una antena para emitir pulsos y detectar emisiones.
La clave va a estar en la distribución temporal de emisiones de pulsos y momentos de detección.
![Page 55: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/55.jpg)
Bobinas de gradiente
Como veremos después, para registrar las FID de diferentes elementos de volumen (y con ello construir la imagen) hace falta superponer pequeños gradientes al campo principal
Para ello hay otro juego de bobinas (en los 3 ejes)
![Page 56: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/56.jpg)
![Page 57: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/57.jpg)
Índice
El fenómeno físico
El equipo
Secuencias de pulsos
Reconstrucción de imágenes
![Page 58: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/58.jpg)
Secuencias de pulsos
• SR : Saturación – Recuperación• SE : Spin- Echo (Espín- Eco)• IR : Inversión Recuperación
• La primera mide puramente D, mientras que la segunda mide D corregido por T2 y la tercera D corregido por T1.
• Los tiempos siempre son correcciones a la densidad (D). Obviamente si no hay núcleos, no hay M, y los tiempos no tienen sentido. (Este es el caso en las partes más sólidas del hueso y en espacios de aire, por ejemplo).
![Page 59: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/59.jpg)
Saturación Recuperación (SR)• Consiste en enviar pulsos
de 90º separados un tiempo de repetición (TR). La señal se recoge inmediatamente después de finalizar cada pulso en el que la magnetización está volcada sobre el plano XY
En la medida en que se vaya acortando TR, la señal se irá viendo influenciada por T1 (dado que no se da tiempo a la recuperación total)
![Page 60: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/60.jpg)
The 90-FID Sequence
In the 90-FID pulse sequence, net magnetization is rotated down into the X'Y' plane with a 90o pulse. The net magnetization vector begins to precess about the +Z axis. The magnitude of the vector also decays with time.
A timing diagram for a 90-FID pulse sequence has a plot of RF energy versus time and another for signal versus time.
When this sequence is repeated, for example when signal-to-noise improvement is needed, the amplitude of the signal after being Fourier transformed (S) will depend on T1 and the time between repetitions, called
the repetition time (TR), of the sequence. In the signal equation below, k is a proportionality constant and ρ is the density of spins in the sample.
S = k ρ ( 1 - e-TR/T1 )
TR
http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm
![Page 61: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/61.jpg)
Inversión –Recuperación (IR)
• La señal se estudia mediante una bobina que tiene su máxima sensibilidad en el plano XY
• Para estudiar el valor de la magnetización longitudinal en un instante, habrá que volcarla sobre el plano XY
• Esto se realiza enviando un pulso “lector” de 90º que vuelque la señal de relajación sobre dicho plano
• Así pues, para estudiar T1 (con más sensibilidad que en SR de TR corto):– Pulso excitador, por ejemplo de 180º– Pulso lector de 90º– Se repite el proceso tras un tiempo de recuperación TR– (El intervalo entre ambos pulsos se llama “tiempo de inversión”)
![Page 62: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/62.jpg)
Inversión –Recuperación (IR)
![Page 63: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/63.jpg)
The Inversion Recovery Sequence An inversion recovery pulse sequence can also be used to record an NMR spectrum. In this sequence, a 180o pulse is first applied. This rotates the net magnetization down to the -Z axis.
The magnetization undergoes spin-lattice relaxation and returns toward its equilibrium position along the +Z axis. Before it reaches equilibrium, a 90o pulse is applied which rotates the longitudinal magnetization into the XY plane. Once magnetization is present in the XY plane it rotates about the Z axis and dephases giving a FID.
Once again, the timing diagram shows the relative positions of the two radio frequency pulses and the signal.
The signal as a function of TI when the sequence is not repeated is
S = k ρ ( 1 - 2e-TI/T1 )
It should be noted at this time that the zero crossing of this function occurs for TI = T1 ln2.
When an inversion recovery sequence is repeated every TR seconds, for signal averaging or imaging purposes, the signal equation becomes
S = k ρ ( 1 - 2e-TI/T1 + e-TR/T1) .
http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm
TI de inversión T1 de relajación
![Page 64: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/64.jpg)
1000
2000
50 100 250 500 750
TI (ms)TR
(ms)
Influencia de los parámetros en TI y TR en imágenes obtenidas con la secuencia IR
![Page 65: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/65.jpg)
Espín-Eco (SE)
• Para medir T2 se comienza con una excitación (típicamente 90º)• Se espera t’ a que los núcleos se relajen• No se mide aquí para evitar inhomogeneidades del campo• Se envía un pulso de 180º: Se invierten especularmente sobre
el plano XY las posiciones de los espines.• Se espera un nuevo tiempo t’Así, la influencia de las inhomogeneidades en el primer t’ (por ejemplo
adelantándose un núcleo) de la inversión se deshace (ese adelanto se convierte en retraso) y tras el segundo t’ se anula el efecto, con lo que los que tenían que estar en fase lo están.
• Entonces es cuando se recoge la señal. En ese momento las componentes XY se vuelven a poner en fase.
![Page 66: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/66.jpg)
The Spin-Echo Sequence Here a 90o pulse is first applied to the spin system. The 90o degree pulse rotates the magnetization down into the X'Y' plane. The transverse magnetization begins to dephase.
At some point in time after the 90o pulse, a 180o pulse is applied. This pulse rotates the magnetization by 180o about the X' axis.
The 180o pulse causes the magnetization to at least partially rephase and to produce a signal called an echo. A timing diagram shows the relative positions of the two radio frequency pulses and signal.
The signal equation for a repeated spin echo sequence as a function of the repetition time, TR, and the echo time (TE) defined as the time between the 90o pulse and the maximum amplitude in the echo is
S = k ρ ( 1 - e-TR/T1 ) e-TE/T2 TE
http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm
![Page 67: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/67.jpg)
Espín-Eco (SE)
![Page 68: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/68.jpg)
Espín-Eco. El pulso especular
![Page 69: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/69.jpg)
Imagen de RMN
![Page 70: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/70.jpg)
Índice
El fenómeno físico
El equipo
Secuencias de pulsos
Reconstrucción de imágenes
![Page 71: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/71.jpg)
Transformación de la señal
Lo primero que se hace con la señal recibida es la transformada de Fourier
![Page 72: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/72.jpg)
Codificación de posición en frecuencia
Si dos vóxeles están sometidos a diferente B
Cada uno dará una señal FID a una frecuencia
El resultado será una señal suma de las dos
En cuyo análisis de Fourier quedan identificadas
![Page 73: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/73.jpg)
Codificación de posición en frecuencia
• Si se logra que el valor del campo varíe linealmente con la distancia (mientras se produce la relajación)
• Habrá proporcionalidad entre la posición del voxel y el campo magnético que sufre
• Y por tanto entre la situación en el eje de frecuencias de la señal y la situación física del voxel
![Page 74: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/74.jpg)
Codificación de posición en frecuencia
Para conseguir este efecto se superpone al campo B otro que produzca el gradiente necesario
Por otro lado, la señal continua del perfil de Fourier de digitaliza según la matriz correspondiente, con la precisión prefijada (256, 512, ...)
¡ Todo esto durante la relajación!
![Page 75: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/75.jpg)
Selección del plano por gradiente durante la excitación
Se trata de que sólo entren en resonancia voxeles de un plano concreto.
Una combinación adecuada de gradiente de B (perpendicular al eje Z) y de la frecuencia del pulso de radiofrecuencia sólo excitará una “rodaja” del paciente.
![Page 76: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/76.jpg)
Espesor del plano excitado
Se produce resonancia cuando coincide la frecuencia propia (fp = γ B/ 2 π) con la de la radiación externa.
Cuanto más abrupto sea el gradiente de B, y más estrecho en frecuencias el pulso, más delgada será la rodaja que entra en resonancia.
El espesor estará relacionado: • magnitud del gradiente• Δf del pulso de radio
![Page 77: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/77.jpg)
Resumen de gradientes• En la excitación un gradiente selecciona la rodaja en resonancia• En la desexcitación otro gradiente codifica posiciones en
frecuencias de la señal de salida
• Para producir estos gradientes de campo magnético se usa un juego de bobinas que permiten (con el juego de corrientes adecuado) producir el gradiente en cualquier plano.
![Page 78: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/78.jpg)
Reconstrucción de las imágenes
![Page 79: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/79.jpg)
Principales técnicas de obtención de imágenes
• Excitación selectiva:– Por puntos– Por líneas– Por planos
• Retroproyección filtrada• Transformada de Fourier
![Page 80: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/80.jpg)
Retroproyección o zeugmatografía
![Page 81: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/81.jpg)
Gradientes y reconstrucción de
imágenes
![Page 82: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/82.jpg)
FORMACIÓN DE LA IMAGEN(Tr. Fourier)
En la formación de la imagen intervienen tres procesos:
1.- Selección del corte
2.- Selección de fila
3.- Selección de voxel
![Page 83: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/83.jpg)
FORMACIÓN DE LA IMAGEN (Tr. Fourier)
1.- Selección del corte: Se aplica un gradiente de campo magnético en el eje z. Cada corte tendrá una f0 especifica.
![Page 84: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/84.jpg)
FORMACIÓN DE LA IMAGEN (Tr. Fourier)
2.- Selección de fila (fase): Se aplica un gradiente en la dirección Y para provocar que cada fila tenga una fase distinta.
![Page 85: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/85.jpg)
FORMACIÓN DE LA IMAGEN (Tr. Fourier)
3.- Selección de voxel: Se aplica un gradiente en la dirección X que provoca una dispersión de frecuencias. Principio de codificación en frecuencia.
![Page 86: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/86.jpg)
Aplicación de los gradientes. Proceso de lectura.
FORMACIÓN DE LA IMAGEN (Tr. Fourier)
Lectura de filas
![Page 87: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/87.jpg)
FORMACIÓN DE LA IMAGEN (Tr. Fourier)
![Page 88: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/88.jpg)
Proceso matemático (IFFT)M a t e m á t i c a m e n t e , e l m o d u l o d e M q u e c a p t u r a m o s s e p u e d e e x p r e s a r d e l s i g u i e n t e
m o d o :M x y ( x , y , t ) e s u n a s e ñ a l s u b a m o r t i g u a d a p o r u n a e x p o n e n c i a l , l u e g o
)),,(),,((),,( tyxttyxjxyxy eMtyxM
s a b i e n d o q u e l a f a s e c a m b i a l i n e a l m e n t e a l g r a d i e n t e G y e n e l t i e m p o t :
yGyx y),(
y q u e l a f r e c u e n c i a v a r i a r e s p e c t o a l g r a d i e n t e G x
xGyx x ),(
s u s t i t u y e n d o :
)(),,( yGxtGjxy
yxetyxM
P o r l o t a n t o M i n d u c e l a s e ñ a l S ( t ) e n l a a n t e n a
dydxtyxMtS xy ),,()(
![Page 89: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/89.jpg)
Proceso matemático (IFFT)S u s t i t u y e n d o :
dydxetyxMtS yGxtGjxy
yx )(),,()(
S i d e n o t a m o s
tGK xx
y
yy GK
t e n e m o s q u e
dydxetyxMKtKStS ykxkjxyyx
yx )(),,()),(()(
q u e e s l a t r a n s f o r m a d a d e F o u r i e r e n 2 D d e l v e c t o r M
S ( t ) = F M ( k x , k y )
C o n l o c u a l , p a r a o b t e n e r l a i m a g e n , l o ú n i c o q u e h e m o s d e h a c e r , e s c a l c u l a r l ai n v e r s a d e l a t r a n s f o r m a d a d e F o u r i e r e n 2 D y t e n d r e m o s l a i m a g e n .
![Page 90: Im rmn-2012 13f](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062300/5563ccf7d8b42ad6088b4a93/html5/thumbnails/90.jpg)
ReferenciasIntro:http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/magnetacademy/mri/fullarticle.htmlhttp://www.medicinenet.com/mri_scan/article.htmhttp://www.howstuffworks.com/mri.htmImágenes RMN de vegetaleshttp://insideinsides.blogspot.com.es/
Libro electrónico muy completo y didácticohttp://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm
Lecciones en vídeo (muy accesibles y rigurosas)http://www.youtube.com/watch?v=7aRKAXD4dAg (y siguientes)
Videoexplicación (más concisa y menos brillante)http://www.youtube.com/watch?v=Q9-X4uV8ymk&feature=fvsr
En realidad la red está llena de recursos sobre este tema. Estos son los que he consultado para la revisión de 2012 de esta presentación