imagens e espectroscopia por ressonância magnética no...
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Centro de Imagens e Espectroscopia In
Vivo por Ressonância Magnética
UNIVERSIDADEDE SÃO PAULO
Instituto de Física de São Carlos
Imagens e Espectroscopia por Ressonância Magnética no IFSC
Fernando F. Paiva
[email protected] 06/05/2016
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1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
1924 - Pauli sugere que partículas nucleares possuem momento angular (spin).
1937 – Rabi mede o momento angular do núcleo.
1944 – Rabi recebe o prêmio Nobel de Física.
1946 – Purcell demonstra que a matéria absorve energia na frequência de ressonância.
1946 – Bloch mostra que a precessão nuclear pode ser medida por bobinas detectoras.
1952 – Purcell e Bloch dividem o prêmio Nobel de Física.M R
1974 – Damadian patenteia a ideia de scanner para detecção de tecido maligno.
1959 – Singer mede fluxo sanguíneo utilizando NMR (em camundongos).
1973 – Lauterbur publica o método para gerar imagens utilizando gradientes de NMR.
1973 – Mansfield, independentemente, publica a abordagem de gradientes para NMR.
1975 – Ernst desenvolve a transformada de Fourier 2D para RM.
Scanners clínicos começam a se tornar prevalentes.
1985 – Reembolso por exames de RM começam a ser aprovados pelos convênios.
I
1990 – Ogawa e colaboradores propõem o método de fMRI utilizando contraste endógeno baseado na oxigenação sanguínea.
f
RM: L INHA DO TEMPO
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� 1942: Isidor Isaac Rabi (Física)
Método ressonante para medida das propriedades magnéticas dos núcleos atômicos (1937)
PRÊMIOS NOBEL
� 1952: Felix Bloch e Edward Mills Purcell (Física)
Medidas precisas do magnetismo nuclear (1946)
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� 1991: Richard R. Ernst (Química)
Espectroscopia de alta resolução por Ressonância Magnética (1966)
PRÊMIOS NOBEL
� 2003: Peter Mansfield e Paul C. Lauterbur (Medicina)
Imagens por Ressonância Magnética (1973)
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� Primeira imagem 2D utilizando RM
UM POUCO DE HISTÓRIA: 1973
Lauterbur, P. C. Image Formation by Induced Local Interactions: Examples EmployingNuclear Magnetic Resonance. Nature 242, 190-191 (1973)
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEUM POUCO DE HISTÓRIA:POUCO MAIS DE 11 ANOS DEPOIS...
Primeira imagem no hemisfério sul
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A primeira tentativa deobter uma imagem emhumanos. Dr. RaymondDamadian foi o primeirovoluntário.Dadas as dúvidas sobreos resultados, ele utilizouum monitor cardíaco e umde pressão.
UM POUCO DE HISTÓRIA:MARÇO DE 1977
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A primeira tentativa bem sucedida de se obter uma imagem de RM humanos. Dr. Lawrence Minkoff foi o voluntário.
UM POUCO DE HISTÓRIA:JULHO DE 1977
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A primeira imagem de RM obtida em humanos
UM POUCO DE HISTÓRIA…
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEUM POUCO DE HISTÓRIA…
... e 39 anos depois
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- Prof. Horácio C. Panepucci
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
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- Prof. Horácio C. Panepucci
- 1983: parte do grupo de RM começa a estudar e desenvolver técnicas de formação de imagens por RM (adaptação de um sistema utilizando um eletromagneto para obtenção de imagens);
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
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- Prof. Horácio C. Panepucci
- 1983: parte do grupo de RM começa a estudar e desenvolver técnicas de formação de imagens por RM (adaptação de um sistema utilizando um eletromagneto para obtenção de imagens);
- 1984: a imagem do quiabo (primeira imagem por RM obtida no hemisfério sul);
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
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- Prof. Horácio C. Panepucci
- 1983: parte do grupo de RM começa a estudar e desenvolver técnicas de formação de imagens por RM (adaptação de um sistema utilizando um eletromagneto para obtenção de imagens);
- 1984: a imagem do quiabo (primeira imagem por RM obtida no hemisfério sul);
- 1985: instalação do magneto supercondutor horizontal de 2.0T (30cm) => imagens de pequenos objetos e espectroscopia (Ex. frutas para aferição da qualidade –parceria com a Embrapa)
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
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- 1990: o grupo de RM recebe um magneto resistivo de 0.05T para corpo inteiro => início do desenvolvimento de um sistema para humanos;
- 1992: ministro da saúde e presidente do CNPq inauguram o primeiro equipamento de imagens clínicas por RM inteiramente desenvolvido no Brasil (ToRM005);
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
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- 1990: o grupo de RM recebe um magneto resistivo de 0.05T para corpo inteiro => início do desenvolvimento de um sistema para humanos;
- 1992: ministro da saúde e presidente do CNPq inauguram o primeiro equipamento de imagens clínicas por RM inteiramente desenvolvido no Brasil (ToRM005);
- 1993: a repercussão dos resultados e o impacto social estimulou a doação pela Faculdade de Medicina de Botucatu de um magneto de 0,5T para corpo inteiro;
- 1993-1998: O grupo desenvolve um sistema completo, baseado numa plataforma computacional flexível, com interface gráfica (apto a operar clinicamente em ambiente hospitalar)
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
- 1998: o sistema é instalado na Santa Casa de São Carlos e passa a atender a sociedade e a demanda do hospital;
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Bobina de RF
Bobinas de Gradiente
Magneto
Scanner
Cama do Paciente
Paciente
Equipamento de RM
O EQUIPAMENTO DE RM
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLERM: CAMPO MAGNÉTICO PRINCIPAL
� Estado da arte:
� Sistemas clínicos: 0.1T – 3.0T
� Sistemas de animais: 2.0T – 11.7T
Curiosidades:1 Tesla = 10000 GaussCampo magnético da terra ~ 0.5 Gauss
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5) Esses sinais são processados e dão origem a imagens
4) Antenas especiais captam esses sinais e os convertem eletronicamente
3) Após um tempo característico, τ, esta energia é reemitida
2) Os prótons, absorvem esta energia, pois estão em “ressonância” (mesma frequência)
1) Energia sob a forma de RF é transmitida aos prótons
RM EM 5 PASSOS
RF
1H
1H
RF
1H
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEIMAGENS POR RM
Clinicamente utilizada em uma grande variedade de especialidades
Mama
Abdômen
Coluna
Crânio
Coração
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG
- CIERMag: Centro de Imagens e Espectroscopia In Vivo por Ressonância Magnética
- Equipe permanente:- Prof. Alberto Tannús- Prof. Fernando Paiva- Eng. Edson Vidoto- Eng. Mateus Martins
- Algumas colaborações atuais:- Dr. Afonso C. Silva - National Institute of NeurologicalDisorders and Stroke (NINDS - NIH)- Prof. Peter Morris - Sir Peter Mansfield Magnetic ResonanceCenter (The University of Nottingham)- Prof. Carlos Garrido Salmon (FFCLRP – USP)- Prof. Sergio Mascarenhas (IEA – USP)- Prof. Luciene Covolan (UNIFESP)- Dr. Jorge Moll (Instituto D’Or de Pesquisa e Ensino)
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLENOSSA ABORDAGEM : “ PESQUISA
TRANSLACIONAL ”
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLENOSSA ABORDAGEM : “ PESQUISA
TRANSLACIONAL ”
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� Estudos longitudinais sem necessidade de sacrifício com um rigoroso controle de condições experimentais.
� Monitorização de parâmetros fisiológicos sem necessidade de medidas invasivas.
POR QUE IMAGENS?
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
� Completamente não-invasiva;
� Diferentes mecanismos de contraste;
� Alto grau de contraste em tecidos moles;
� Alta resolução espacial (<1 mm);
� Razoável resolução temporal (~1s);
RM: ALGUMAS VANTAGENS …
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG
- Principais Linhas de Pesquisa:
- Instrumentação em RM;
- Desenvolvimento e implementação de metodologias de imagens e espectroscopia para estudos de sistemas biológicos;
- Processamento de sinais;
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG
- Principais Linhas de Pesquisa:
- Instrumentação em RM;
- Desenvolvimento e implementação de metodologias de imagens e espectroscopia para estudos de sistemas biológicos;
- Processamento de sinais;
![Page 32: Imagens e Espectroscopia por Ressonância Magnética no …lattice/fiscomp/files/2017/04/Paiva_CIERMag... · ser medida por bobinas detectoras. 1952 – Purcell e Bloch dividem o](https://reader038.vdocuments.pub/reader038/viewer/2022103011/5a789d627f8b9ab8768da9de/html5/thumbnails/32.jpg)
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEBOBINAS DE TRANSMISSÃO : NOSSA
MELHOR ABORDAGEM
Circuito de Tuning & matching
“Double crosses” (outperforms) the equivalent Birdcage structure
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEBOBINAS DE RECEPÇÃO
Máscarapara
Anestésico Restritor de
Movimento
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEESPECTRÔMETRO DIGITAL
- Sistemas comerciais são muito caros e na maior parte dos casos não possuem nenhum tipo de flexibilidade;
- Nosso “sistema dos sonhos” seria algo que permitisse sonhar com um problema, implementar a metodologia pela manhã, realizar o experimento à tarde e ter o artigo à noite;
- Nossa experiência com os sistema disponíveis nos trazem, entretanto, uma série de frustrações;
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEESPECTRÔMETRO DIGITAL : KIT DE
DESENVOLVIMENTO
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEESPECTRÔMETRO DIGITAL : PERIFÉRICOS
Fast A/D and D/A converters
(85/125 MHz,2 Transmit/ receivers
for now)
Low speed external bus for Gradients
Gradients DACs (1us/point, 4
units)
High speed external bus/ external SDRAM
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG
- Principais Linhas de Pesquisa:
- Instrumentação em RM;
- Desenvolvimento e implementação de metodologias de imagens e espectroscopia para estudos de sistemas biológicos;
- Processamento de sinais;
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEASL: P RINCÍPIO BÁSICO
Controle Marcação
Perfusão
-
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
� Marcação – PLD – ACQ� TR/TE = 5115/38ms� Marcação = 4183ms� PLD = 350ms� NA = 32� Duração = 5’27’’
� Cálculo de CBF:
ctrllbl
lblctrl
TCBF
)12(1 −+−=
αλ
ctrl = imagem de controle;lbl = imagem obtida após marcação dos spins;
METODOLOGIA
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0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0 1 2 3 4 5 6
Potência (W)
Gra
u de
Mar
caçã
o
GRAU DE MARCAÇÃO
0
0
2
a
aa
M
MM −=α0.0 W
0.1 W
0.5 W
5.0 W
α = 75±2%
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEMAPAS DE CBF
CBF = 116±6ml/100g/min
� SE EPI:� TR/TE = 5000/48ms;� Marcação = 4538; PLD = 250;� FOV = 32 x 32mm2; Plano = 2mm;� Matriz = 128 x 128; NA = 32;
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���� � �� ∆�� ��
� Marcação – PLD – ACQ� TR/TE = 5115/38ms� Marcação = 4183ms� PLD = 350ms� NA = 32� Duração = 5’27’’
� Seletividade:
METODOLOGIA
> −
δθ
2tan 1 zEP
<<<<
== ooL
ooR
090- ,
900 , ,tan
θδθδ
χθχδz
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLESD VS. SHR
Dominância na Região da ACA
SD (N=6) SHR (N=6)
Esq. 4 2
Dir. 1 1 *
Alt. Dir. Esq. 1 1
Simétrica 0 2 *
Nor
mot
enso
Hip
erte
nso
ACA: Dir.
ACA: Simétrica
ACA: Esq.
ACA: Simétrica; Talâmica: Dir.
* Animais que apresentaram lateralização na região da artéria talâmica
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���� � �� ∆�� ��
� Marcação – PLD – ACQ� TR/TE = 5000/13.2ms� Marcação = 3000ms� PLD = 1200ms� NA = 25� Duração = 4’10’’
� Seletividade:
METODOLOGIA
> −
δθ
2tan 1 zEP
<<<<
== ooL
ooR
090- ,
900 , ,tan
θδθδ
χθχδz
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� LP: circ. esquerda + posterior� RP: circ. direita + posterior� POST: circ. posterior� LICA: ICA esquerda� RICA: ICA direita POSTRPRICA
POSTLPLICA
−=−=
2
RPLPRPLPPOST
−−+=
Min et al, J. Neurol. Sci. (2007); Park et al, J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry (2006);
� Cuidados: 25% da população saudável tem hipoplasia ou aplasia da artéria vertebral
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEASL: APLICAÇÕES EM PATOLOGIAS
� Tumores intracranianos
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG
- Principais Linhas de Pesquisa:
- Instrumentação em RM;
- Desenvolvimento e implementação de metodologias de imagens e espectroscopia para estudos de sistemas biológicos;
- Processamento de sinais;
![Page 48: Imagens e Espectroscopia por Ressonância Magnética no …lattice/fiscomp/files/2017/04/Paiva_CIERMag... · ser medida por bobinas detectoras. 1952 – Purcell e Bloch dividem o](https://reader038.vdocuments.pub/reader038/viewer/2022103011/5a789d627f8b9ab8768da9de/html5/thumbnails/48.jpg)
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEESPECTROSCOPIA POR RM
� Krylov Basis Diagonalization Method
� Principais objetivos:
� Estabelecer uma ferramenta robusta que possibilite o processamento de dados clínicos de MRS;
� Processamento de dados de espectroscopia funcional;
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEOUTROS ESTUDOS APLICADOS DE
PROCESSAMENTO DE SINAIS
� Métodos quantitativos de MRI: aplicações in vivo
� Quantificação de gordura no fígado (spectral modeling)
� Quantificação de tecido não contrátil no músculo
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CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG: POSSIBILIDADES
Estamos sempre em busca de alunos altamente motivados que pretendam
trabalhar em uma área de alto impacto com interfaces bastante
multidisciplinares.
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Centro de Imagens e Espectroscopia In
Vivo por Ressonância Magnética
UNIVERSIDADEDE SÃO PAULO
Instituto de Física de São Carlos
Fernando F. Paiva [email protected]
OBRIGADO !!!