Referat Imagistica medicala cu rezonanta magnetica nucleara

Incarcat la data: 27 Martie 2006

Autor: Gogoasa Alexandru

Pret: 50 credite

ELECTRONICA Imagistica medicala cu rezonanta magnetica nucleara Cuprins 1.PRINCIPIILE GENERALE ALE IMAGISTICII MEDICALE3 Tomografia4 2.IMAGISTICA DE REZONANTA MAGNETICA NUCLEARA5 Principii5 Spectre de rezonanta magnetica nucleara8 3.SPECTROSCOPIA RMN BIDIMENSIONALA10 4.RELAXAREA SPINILOR11 5.IMAGISTICA DE REZONANTA MAGNETICA (IRM)12 6.INSTALATIA13 7.EXEMPLU DE OFERTA COMERCIALA DE SISTEM RMN14 Imagistica medicala folosind rezonanta magnetica nucleara Principiile generale ale imagisticii medicale Sintagma imagistica medicala se refera la obtinerea de informatii privind starea fiziologica ori patologica, pe baza interpretarii imaginii unei portiuni a corpului. Definit in felul acesta termenul este foarte larg deoarece imaginile ce se pot obtine se bazeaza pe fenomene diferite, deci poarta informatie diferita. Ele au totusi unele elemente comune: reprezinta imagini construite, folosind mijloace tehnice avansate, pe baza raspunsului organismului la interactiunea cu factori fizici. Fectorul fizic poate fi purtat de un factor chimic, de exemplu radiofarmaceuticele. In acest caz, interactiunea are loc intre ctructurile bologice si factorul chimic, cel fizic fiind insa purtatorul informatiei. Interactiunea cu factorul fizic implica cedarea unei cantitati de energie tesutului. Cu cat energia cedata este mai mare, cu atat investigatia respectiva poate avea efecte colaterale mai importante. Imaginea se construieste de la gradul diferit in care un parametru al factorului e modificat prin interactiunea cu anumite tesuturi, deci functie de caracteristicile acestora. Valorile parametrului respectiv sunt convertite in grade de luminozitate (nuante de gri sau culori asociate conventional) a imaginii. Cu cat diferenta intre caractericticile tesuturilor, din punct de vedere al factorului respectiv, va fi mai mare, cu atat va fi mai accentuat contrastul imaginii. Calitatea imaginii e data de contrast si de posibilitatea de a distinge mai multe detalii, deci de sensibilitate si de rezolotie. Calitatea imaginii e afectata de zgomotul suprapus peste semnalul util si de eventuale artefacte. Acesti parametri depind de raspunsul tesutului dar si de caracteristicile radiatiei incidente si de prelucrarea tehnica a raspunsului. Imaginile obtinute prin diferite tehnici difera de intre ele, functie de: factorul fizic si parametrii acestuia; mecanismul de interactiune cu materialul biologic; mijloace tehnice folosite pentru aplicarea factorului fizic si inregistrarea raspunsului; modul de construire a imaginii, de regula pe calculator, cel putin la tomografie; in felul acesta se poate imbulnatati calitatea imaginii. Principalii factori fizicii utilizati astazi in imagistica medicala sunt: radiatiile X (radiologie, tomografie X sau tomodensitometrie), ultrasunetele (ecografie si tomografie cu ultrasunete); radiatiile ionizante emise de substante radioactive, fixate, de regula, pe trasori specifici tesutului investigat (scintigrafie, tomoscintigrafie sau tomografie de emisie), campul electromagnetic (tomografie RMN). Tomografia Cu oricare din acesti factori fizici se pot obtine imagini tomografice. Termenul de tomografie vine de la gr. tom=sectiune, deci inseamna obtinerea unor imagini pe sectiuni. Prima etapa este stabilirea sectiunii ori sectiunilor pe care se face inregistrarea. In continuare sectiunea se imparte in elemente de volum (voxel = volum element) si trebuie obtinut un semnal corespunzand raspunsului individual al fiecaruia. Odata inregistrate aceste semnale imaginea se construieste de catre un calculator in asa fel incat fiecarui element de volum sa-i corespunda un element de imagine (pixel = picture element). Un parametru al raspunsului tisular, cel mai adesea intensitatea, dar nu numai, se traduce in grade de luminozitate (uneori culoare) a pixel-ului corespunzator, astfel incat matricea reprezinta o matrice de elemente (puncte) de luminozitate. Fiecarui element de imagine corespunzandu-i un element de volum, cu cat matricea e mai mare, cu atat elementul de volum e mai mic. Evident, nu se pot distinge detalii mai mici decat un voxel. Micsorarea voxel-ului duce insa, de regula, la marirea zgomotului. Prin inregistrarea unui numar mare de sectiuni adiacente, se poate construi, pe calculator o imagine tridimensionala (3D), care apoi poate fi examinata in orice sectiune: planuri diferite si unghiuri diferite. Imagistica de rezonanta magnetica nucleara Principii O particula in miscare de rotatie e caracterizata de un moment cinetic (L), vector perpendicular pe planul traiedtoriei, dependent de masa si viteza particulei si raza traiectoriei, deci descrie caracteristicile miscarii: L~mvr. O sarcina electrica in miscare este influentata de un camp magnetic, deci se comporta ca un mic magnet, caracterizat printr-un moment magnetic. Momentul magnetic e tot un vector perpendicular pe planul traiectoriei, sensul depinnzad de semnul sarcinii. Electronul are un moment cinetic si, respectiv, un moment magnetic orbital, corespunzator rotatiei in jurul nucleului, dar si un moment cinetic si, respectiv, un moment magnetic de spin. Acestea din urma ar putea fi interpretate intuitiv ca fiind corespunzatoare unei miscari de rotatie in jurul propriei axe. In mecanica cuantica, momentul cinetic de spin sau spinul (S) e cuantificat, depinzand de numarul cuantic de spin (s), , ce poate lua valorile . Momentul magnetic corespunzator (de spin) are valoarea: ; []=J/T unde: ?=e/2m=raport giromagnetic; g=factorul lui Land, constanta ce depinde de natura particulei; h=constanta lui Plank; S=moment cinetic de spin; s=munar cuantic de spin, s=1/2,-1/2. Momentul magnetic se masoara in joule/tesla (J/T). Marimea B=?h/2p=he/4pme se numeste magnetonul lui Bohr (me=masa electronului) se poate considera o cuanta de moment magnetic. In mod similar protonul are si el moment magnetic de spin. Se defineste magnetonul nuclear, N=h?N/2p=he/4pmp, in care s-a inlocuit masa electronului cu a protonului (mp); ?N este raportul giromagnetic al protonului. Magnetonul nuclear e cu trei ordine de marime mai mic decat magnetonul lui Bohr deoarece masa protonului este mai mare. Se constata si se demonstreaza In mecanica cuantica faptul, inexplicabil in cadrul mecanicii clasice, ca neutronul, desi neutru, are totusi un moment magnetic de spin, egal cu al protonului. Ca si in cazul electronului, nucleolii se asociaza in perechi de spin opus (+1/2 si 1/2), astfel incat pentru un numar par, spinil total e nul. Pentru un nucleu, cuprinzand un numar Z de protoni si A-Z neutroni, momentul magnetic de spin total se obtine prin insumarea momentelor corespunzatoare protonilor si, respectiv, neutronilor. Sunt posibile trei cazuri: atat protonii cat si neutronii sunt in numar par (A si Z pare); rezulta un spin nul; numarul de masa (A) e impar, deci fie protunii, fie neutronii, sunt in numar impar; rezulta un spin semiintreg (+1/2 sau 1/2); A e par si Z impar, ceea ce inseamna ca atat protonii cat si neutronii sunt in numar impar; spinil este intreg (1), deoarece spinul semiintreg rezultat pentru fiecare tip de nucleoni in parte se aduna, dand 1. Daca o particula, avand un moment magnetic nenul, e plasata in camp magnetic (B), asupra ei se exercita un cuplu de forte, ceea ce imprima o miscare de precesie, precesia Larmour, avand ca ax directia campului magnetic, in urma careia se va orienta pe directia lui B. E o miscare similara cu a unui titirez. Viteza unghiulara (?L) si, respectiv, frecventa (?L) miscarii de presesie sunt date de relatiile: ?L=g?B;?L=?L/2p=g(?/2p)B. Inmultind frecventa cu constanta lui Plank, se regaseste expresia magnetonului. Deci h?L=g(?h/2p)B=gBB pentru electron h?L=gN(?Nh/2p)B=gNNB pentru un proton. Deci ?L, frecventa Larmoure a protonului, e proportionala cu inductia campului magnetic si cu magnetonul nuclear. Ea este de ordinul MHz, asadar in domeniul de radiofrecventa. Daca o particula avand un moment magnetic se plaseaza intr-un camp magnetic uniform de inductie B, ea va avea o energie potentiala e=-B=-gNNBs. Comparand aceasta relatie cu expresia frecventei Larmoure, rezulta ca la o variatie a numarului cuantic de spin cu 1 unitate (intre 1/2 si +1/2), energia variaza cu ?e=h?L. Deci intr-un camp magnetic, protonul se poate afla in doua stari energetice, cea mai joasa corespunzand spinului +1/2. Cele doua stari reprezinta o orientare paralela (p), respectiv, antiparalela (a), cu directia campului. La echilibru, intr-o populatie de protoni, repartitia pe cele doua nivele este data de relatia lui Boltzmann: , in care: Np si Na reprezinta numarul de protoni aflati pe cele doua nivele (paralel, respectiv antiparalel). B=inductia campului magnetic; k=constanta lui Boltzmann; h=constanta lui Plank; T=temperatura absoluta. Raportul are o valoare putin mai mare decat 1, deci pe nivelul fundamental se afla mai putini protoni. In consecinta, la echilibru, N rezultant e paralel cu inductia campului magnetic (B). Pentru ca un proton sa treaca de pe nivelul fundamental pe nivelul excitat, trebuie sa i se furnizeze o energie egala cu ?e. Deci el poate absorbi o radiatie electromagnetica de frecventa egala cu frecventa Larmoure; este frecventa de rezonanta. Supa cum reiese din relatiile de mai sus, aceasta frecventa e proportionala cu inductia campului magnetic B. Spectre de rezonanta magnetica nucleara O populatie de nuclee cu spin nenul, plasata intr-un camp magnetic uniform si constant se repartizeaza, asa cum am vazut intre cele doua nivele energetice conform legii lui Boltzman. Daca peste acest camp se suprapune un camp electromagnetic cu frecventa Larmour, spinii absorb energia si pot trece rapid pe nivelul energetic superior; ei intra in rezonanta cu campul EM. Reorientarea spinilor induce o tensiune electromoroare intr-o infasurare ce inconjoara proba. Aplicandu-se un camp electromagnetic de frecventa variabila continuu (in domeniul de radiofrecventa), fiecare specie nucleara cuprinsa in esantion va intra in rezonanta la propria frecventa Larmour (?=?L); s-a realizat astfel un baleiaj de frecventa. Inregistrandu-se semnalul se obtine spectrul RMN, A(?); frecventa liniilor spectrale corespunde frecventei Larmour a nucleelor, iar amplitudinea numarului de nuclee care absorb la frecventa respectiva. Operatia se poate realiza si altfel: campul EM aplicat are o frecventa constanta, dar peste campul B se aplica un al doilea camp, de intensitate mult mai mica (?B) si reglabil. Rezonanta se obtine pentru gNN(B+?B)=h?L. S-a facut un baleiaj de camp. In prezent, spectrele RMN se obtin prin aplicarea unui semnal de radiofrecventa sub forma unor impulsuri scurte (s), de frecventa fixa. Acestea induc o perturbare a spinilor. Dupa incetarea impulsului, ei revin in situatia de echilibru, printr-o precesie Larmour libera, corespunzand unui semnal sinusoidal amortizat, specific pentru fiecare specie nucleara prezenta. Se inregistreaza raspunsul sistemului ca o functie de timp f(t). Printr-o transfirmare Fourier se obtine spectrul A(?) al sistemului. Frecventa Larmour, depinzand de inductia campului magnetic in imediata vecinatate a nucleului, e influentata de campurile magnetice ale altor nuclee prezente si de norul electronic ce inconjoara nucleul. Acesta realizeaza o ecranare, ce se manifesta prin faptul ca nucleul simte un camp magnetic nai nic decat cel aplicat (B). Consecinta va fi o deplasare a frecventei de rezonanta fata de cea a nucleului izolat. Deplasarea e de ordinul 10-6 din frecventa de rezonanta si se exprima in parti pe milion (ppm=10-6). Deplasarea poate da indicatii asupra mediului ambiant. De exemplu, frecventa de rezonanta a protonilor in grasimi e deplasata fata de cea in apa cu 3,3ppm. La B=1T, frecventa Larmour a protonilor fiind 42,6MHz corespunde unei deplasari de 140Hz. Exprimarea in ppm are avantajul ca nu depinde de intensitatea campului. Spectroscopia RMN bidimensionala La excitarea cu un camp de RF a macromoleculelor, interactiunile dintre protoni sunt multiple, deci spectrele ce se obtin sunt extrem de complexe, multe linii spectrale suprapunandu-se, asa ca devine destul de dificil de extras informatia. Acest lucru este inlaturat prin spectroscopia bidimensionala. Extitarea se face in secvente. Intr-o prima etapa, proba este iradiata cu un semnal de RF care va excita toate nucleele. Fiecare insa va avea o precesie cu o frecventa ce depinde de campul local, deci de interactiunile la care ia parte. Dupa un timp t1 variabil in trepte, cand spinii var fi defazati in functie de propria frecventa Larmour, se aplica un al doilea semnal de RF, care va avea, evident, efecte diferite asupra fiecarui spin. Dupa un timp t2, timpul de achizitie, se inregistreaza raspunsul. Operatia se repeta pentru diferite valori ale lui t1, asteptandu-se, de fiecare data, revenirea in starea de repaus. Prin analiza Fourier a raspunsurilor inregistrate, s(t1,t2), se obtine spectrul bidimensional, functie de doua variabile de frecventa, ?1 si ?2, corespunzatoare timpilor t1 si t2. Spectrul va cuprinde o serie de varfuri aflate pe diagonala, reprezentand spectrul unidimensional, dar si alte varfuri, asezate simetric fata de dagonala. Acestea indica interactiunile dintre protoni: un varf avand coordonatele (?a, ?b) si simetricul lui de coordonate (?b, ?a) indica interactiunea dintre un nucleu cu frecventa de rezonanta ?a si unul cu frecventa ?b. Spectroscopia RMN bidimensionala e foarte utila pentru determinarea structurii proteinelor si a altor macromolecule biologice. Relaxarea spinilor Daca peste campul magnetic uniform B0, care a orientat spinii pe directia lui se suprapune un al doilea camp, campul de excitare (), variabil cu frecventa Larmour si orientat perpendicular pe primul, spinii vor iesi din starea de echilibru. Ei se vor orienta pe directia campului de excitare, deci normal la directia campului B0. Magnetizarea pe directia lui B0, pe care o vom nota cu ? va deveni nula, iar cea pe directia campului excitator (), notata x, va fi maxima. La intreruperea campului , spinii vor revenii, dupa un anumit timp, la starea de echilibru, efectuand o miscare de precesie cu frecventa Larmour. Variatia campului magnetic rezultata poate fi masurata prin t.e.m. indusa intr-o bobina. Semnalul inregistrat e un semnal sinusoidal atenuat (dupa o lege exponentiala), cu frecventa ?L. Constanta de timp de atenuare se numeste timp de relaxare. Amplitudinea semnalului scade datorita cedarii energiei moleculelor inconjuratoare. Timpul de relaxare inregistrat pe directia longitudinala (z = directia campului B0) se numeste timp de relaxare longitudinala sau timp de relaxare spin-retea, reteaua desemnand ansamblul moleculelor carora le cedeaza energie. Se noteaza cu T1. in care 0=magnetizarea (momentul magnetic) in repaus, orientat pe directia campului B0 (z); z = componenta longitudinala a magnetizarii. La t=T1, z=0(1-1/e) ~ 0,630 , iar la t=3T1; 0 creste la 0,95 0, deci practic a revenit la valoarea initiala. Timpul de relaxare inregistrat intr-un plan perpendicular pe B0 se numeste timp de relaxare transversal sau timp de relaxare spin-spin. Se noteaza cu T2. in care: x0=magnetizarea transversala in momentul initial, deci dupa excitare in momentul in care incepe relaxarea; x=componenta transversala a magnetizarii. La t=T2; x=x0(1/e) ~ 0,37x0, iar la t=3T2; x scade la 0,05x0, deci se poate considera ca a revenit la 0. T2 este mai acurt decat T1. Explicatia este urmatoarea: inmomentul intreruperii campului excitator, toate nucleele au aceasi orientare, deci oscileaza in faza (semnalele sunt coerente). Pe masura relaxarii, are loc un schimb de energie intre nuclee (de aici denuluirea de timp de relaxare spin-spin) ceea ce face sa se piarda coerenta, deci rezultanta se va anula inaintea revenirii pe directia revenirii pe directia lui B0. In tabelul de mai jos sunt dati timpii de relaxare pentru unele tesuturi. T1 s-a indicat prin doua valori ale campului magnetic, deoarece depinde de acesta. Timpii de relaxare ai unor tesuturi Tesutul T2 (ms) T1 (ms) (B=0,5T) T1 (ms) (B=1,5T) Adipos 80 210 260 Ficat 42 350 500 Muschi 45 550 870 Materie alba 90 500 780 Materie cenusie 100 650 920 La pierderea coerentei contribuie esential si neomogenitatile campului magnetic extern (al magnetului) si susceptibilitatea magnetica diferita a tesuturilor. Deci, de fapt, constanta de timp inregistrata va fi determinata de aceste neomogenitati, macand constanta de timp caracteristica probei. Se defineste o constanta de timp T2* data de neomogenitatile campului. Intre aceste constante de timp exista relatia: T2*<

Textul de mai sus reprezinta un extras din "Referat Imagistica medicala cu rezonanta magnetica nucleara". Pentru versiunea completa a documentului apasa butonul Download si descarca fisierul pe calculatorul tau. Prin descarcarea prezentei lucrari stiintifice, orice utilizator al site-ului www.studentie.ro declara si garanteaza ca este de acord cu utilizarile permise ale acesteia, in conformitate cu prevederile legale ablicabile in domeniul proprietatii intelectuale si in domeniul educatiei din legislatia in vigoare.

In cazul in care intampini probleme la descarcarea fisierului sau documentul nu este nici pe departe ceea ce se doreste a fi te rugam sa ne anunti. Raporteaza o eroare

Important!

Referatele si lucrarile oferite de Studentie.ro au scop educativ si orientativ pentru cercetare academica.

Iti recomandam ca referatele pe care le downloadezi de pe site sa le utilizezi doar ca sursa de inspiratie sau ca resurse educationale pentru conceperea unui referat nou, propriu si original.