Ressonância magnética (RM) - princípio de operação

Em 1973, um químico americano, Paul Lauterbur, publicou um artigo na revista Nature, intitulado “Criando uma imagem usando interação local induzida; exemplos baseados em ressonância magnética ". Mais tarde, o físico britânico Peter Mansfield oferecerá um modelo matemático mais avançado para adquirir uma imagem de um organismo inteiro e, em 2003, os pesquisadores receberão o Prêmio Nobel por descobrir o método de ressonância magnética na medicina.

Uma contribuição significativa para a criação de imagens modernas de ressonância magnética será feita pelo cientista americano Raymond Damadyan, pai do primeiro aparelho comercial de ressonância magnética e autor do trabalho "Detectando um tumor usando ressonância magnética nuclear", publicado em 1971.

Mas, para ser justo, vale a pena notar que, muito antes dos pesquisadores ocidentais, em 1960, o cientista soviético Vladislav Ivanov já ter descrito os princípios da RM em detalhes, no entanto, ele recebeu o certificado de autoria apenas em 1984 ... Vamos deixar o debate sobre autoria e, finalmente, examinar o general delinear o princípio de operação de um gerador de imagens de ressonância magnética.

Existem muitos átomos de hidrogênio em nossos organismos, e o núcleo de cada átomo de hidrogênio é um próton, que pode ser representado como um pequeno ímã, que existe devido à presença de uma rotação diferente de zero no próton. O fato de o núcleo de um átomo de hidrogênio (próton) girar significa que ele gira em torno de seu eixo. Também é sabido que o núcleo de hidrogênio tem uma carga elétrica positiva, e a carga que gira junto com a superfície externa do núcleo é como uma pequena bobina com uma corrente. Acontece que cada núcleo de um átomo de hidrogênio é uma fonte em miniatura de um campo magnético.

Se agora muitos núcleos de átomos de hidrogênio (prótons) forem colocados em um campo magnético externo, eles começarão a tentar navegar nesse campo magnético como as setas de bússolas. No entanto, durante essa reorientação, os núcleos começarão a precessar (como o eixo do giroscópio prece ao tentar incliná-lo), porque o momento magnético de cada núcleo está associado ao momento mecânico do núcleo, com a presença do spin mencionado acima.

Suponha que um núcleo de hidrogênio foi colocado em um campo magnético externo com uma indução de 1 T. A frequência de precessão neste caso será de 42,58 MHz (é a chamada frequência de Larmor para um determinado núcleo e para uma dada indução de campo magnético). E se agora tivermos um efeito adicional neste núcleo com uma onda eletromagnética com uma frequência de 42,58 MHz, ocorrerá o fenômeno da ressonância magnética nuclear, ou seja, a amplitude da precessão aumentará, pois o vetor da magnetização total do núcleo se tornará maior.

E há um bilhão de bilhões de bilhões desses núcleos que podem precessar e ressoar. Porém, como os momentos magnéticos de todos os núcleos de hidrogênio e de outras substâncias em nosso corpo interagem entre si na vida cotidiana comum, o momento magnético total de todo o corpo é zero.

Ao atuar em prótons por ondas de rádio, eles obtêm uma amplificação ressonante das oscilações (aumento nas amplitudes das precessões) desses prótons e, após a conclusão da ação externa, os prótons tendem a retornar aos seus estados iniciais de equilíbrio e emitem fótons de ondas de rádio.

Assim, em um dispositivo de ressonância magnética, o corpo de uma pessoa (ou algum outro corpo ou objeto em estudo) é periodicamente transformado em um conjunto de receptores de rádio ou um conjunto de transmissores de rádio. Investigando dessa maneira local por área, o aparelho constrói uma imagem espacial da distribuição de átomos de hidrogênio no corpo.E quanto maior a força do campo magnético do tomógrafo - mais átomos de hidrogênio ligados a outros átomos localizados nas proximidades podem ser investigados (maior a resolução do gerador de imagens por ressonância magnética).

Os tomógrafos médicos modernos como fontes de um campo magnético externo contêm eletroímãs supercondutoresresfriado por hélio líquido. Alguns tomógrafos de tipo aberto usam ímãs permanentes de neodímio.

A indução ideal de campo magnético em uma máquina de ressonância magnética agora é de 1,5 T, permitindo obter imagens de alta qualidade de várias partes do corpo. Com uma indução menor que 1 T, não será possível obter uma imagem de alta qualidade (com uma resolução suficientemente alta), por exemplo, da pelve pequena ou da cavidade abdominal, mas esses campos fracos são adequados para obter imagens de ressonância magnética convencionais da cabeça e articulações.

Para a orientação espacial correta, além de um campo magnético constante, uma bobina magnética também usa bobinas de gradiente, o que cria uma perturbação adicional do gradiente em um campo magnético uniforme. Como resultado, o sinal ressonante mais forte é localizado com mais precisão em uma ou outra seção. Os parâmetros de potência e operação das bobinas de gradiente - os indicadores mais significativos na RM - a resolução e a velocidade do tomógrafo dependem deles.