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RM. Secuencias y conceptos básicos

  • 1. RM: SecuenciasRM: Secuencias básicas y repaso debásicas y repaso de conceptosconceptos Dra. Martín BoizasDra. Martín Boizas Servicio de RadiodiagnósticoServicio de Radiodiagnóstico
  • 2. Principios básicos:Principios básicos: Ion de HidrógenoIon de Hidrógeno • La molécula másLa molécula más frecuente en elfrecuente en el cuerpo humano es elcuerpo humano es el HH22OO • Partícula cargadaPartícula cargada eléctricamenteeléctricamente • PropiedadesPropiedades magnéticas: “Espínmagnéticas: “Espín nuclear”nuclear”
  • 3. Protones en un medioProtones en un medio cualquiera distribuidos al azarcualquiera distribuidos al azar con un vector resultante = cerocon un vector resultante = cero
  • 4. Todo protón introducido en un campo magnéticoTodo protón introducido en un campo magnético se orienta en la dirección de dicho campose orienta en la dirección de dicho campo BB00
  • 6. Todo protón gira (oTodo protón gira (o “precesa”) sobre su eje“precesa”) sobre su eje cuando se ve sometidocuando se ve sometido a un campo magnéticoa un campo magnético
  • 7. Cuando se somete unCuando se somete un protón a un campoprotón a un campo magnéticomagnético 1.1. Se alinea en paralelo oSe alinea en paralelo o antiparalelo a dicho campoantiparalelo a dicho campo 2.2. Gira sobre sí mismo:Gira sobre sí mismo: PrecesiónPrecesión
  • 8. La frecuencia de precesiónLa frecuencia de precesión (nº de veces que gira por min.)(nº de veces que gira por min.) • Es constanteEs constante • Depende de laIntensidadDepende de laIntensidad del campo magnéticodel campo magnético
  • 9. • El campo magnético utilizado es muy potente yEl campo magnético utilizado es muy potente y homogéneohomogéneo • Se emplean imanes de 0,1 a 7 TeslaSe emplean imanes de 0,1 a 7 Tesla • 1 Tesla = 10.000 Gauss (unas 2.000 a 140.0001 Tesla = 10.000 Gauss (unas 2.000 a 140.000 veces el campo magnético terrestre)veces el campo magnético terrestre)
  • 11. Pulso de RadiofrecuenciaPulso de Radiofrecuencia • Es otro pequeño campo magnético que seEs otro pequeño campo magnético que se aplica sobre los protonesaplica sobre los protones • Los protones sólo se pueden ver afectadosLos protones sólo se pueden ver afectados por ese campo magnético nuevo si éstepor ese campo magnético nuevo si éste tiene la misma frecuencia de precesión quetiene la misma frecuencia de precesión que ellos: FENOMENO DE RESONANCIAellos: FENOMENO DE RESONANCIA • Cuando cesa el estímulo de RF los protonesCuando cesa el estímulo de RF los protones vuelven a su posición originalvuelven a su posición original
  • 12. Dos campos magnéticos:Dos campos magnéticos: • El propio del imánEl propio del imán principal de la MRIprincipal de la MRI • El del pulso deEl del pulso de radiofrecuenciaradiofrecuencia
  • 13. Magnetización debida al pulso de RFMagnetización debida al pulso de RF YY XX Se transforma enSe transforma en magnetizaciónmagnetización transversaltransversal
  • 14. Pulso de RadiofrecuenciaPulso de Radiofrecuencia Se ponen todos a girar a la vez: Se colocan EN FASESe ponen todos a girar a la vez: Se colocan EN FASE
  • 15. RELAJACIÓNRELAJACIÓN • Es el proceso por el cual los protonesEs el proceso por el cual los protones pierden esa energía recuperándose supierden esa energía recuperándose su posición originalposición original • Puede ser de dos tipos:Puede ser de dos tipos: – LongitudinalLongitudinal – TransversalTransversal
  • 16. Relajación longitudinal o T1 Cuando se ha recuperado el 63 %Cuando se ha recuperado el 63 % de la magnetización originalde la magnetización original 63 %63 %
  • 17. Relajación longitudinal o TRelajación longitudinal o T11
  • 18. Relajación transversal o TRelajación transversal o T22 • Es el tiempo necesario paraEs el tiempo necesario para los protones se desfasen unlos protones se desfasen un 37 % de lo que estaban.37 % de lo que estaban.
  • 19. Secuencia SESecuencia SE • Consiste enConsiste en dar dos pulsosdar dos pulsos de RF:de RF: – Uno de 90 ºUno de 90 º
  • 20. Usain BoltUsain Bolt Velocista españolVelocista español EstudianteEstudiante
  • 21. Secuencia SESecuencia SE • Consiste en dar dos pulsos de RF:Consiste en dar dos pulsos de RF: – Uno de 90 ºUno de 90 º – Otro de 180ºOtro de 180º
  • 22. Tiempo de repetición TTiempo de repetición TRR • Es el tiempo en el que se vuelve aEs el tiempo en el que se vuelve a repetir la secuenciarepetir la secuencia 90º 180º 90º TTRR 180º
  • 23. Tiempo de Eco TTiempo de Eco TEE • Es el tiempo en que se tarda enEs el tiempo en que se tarda en recoger la señal que nos envían losrecoger la señal que nos envían los protonesprotones 90º 180º 90º TTRR 180º TTEE
  • 24. ¿Cuándo se potencia en T1?¿Cuándo se potencia en T1? • Cuando:Cuando: – TR corto (< 800 ms)TR corto (< 800 ms) – TE corto (= 15-25TE corto (= 15-25 ms)ms)
  • 25. ¿Cuándo se potencia en T¿Cuándo se potencia en T22?? • TR largo (> 1500 ms)TR largo (> 1500 ms) • TE largo (> 35-40 ms)TE largo (> 35-40 ms)
  • 26. Densidad protónica DPDensidad protónica DP • TR largo (> 1500 ms)TR largo (> 1500 ms) • TE corto (= 15-25 ms)TE corto (= 15-25 ms)
  • 27. Tiempo de relajación de los tejidosTiempo de relajación de los tejidos
  • 28. Secuencias IR (Inversión-Recuperación)Secuencias IR (Inversión-Recuperación) • Antes de los pulsos de 90º y 180º seAntes de los pulsos de 90º y 180º se da un pulso de Inversión con un TI oda un pulso de Inversión con un TI o Tiempo de Inversión concretoTiempo de Inversión concreto • El TI coincide con el tiempo deEl TI coincide con el tiempo de relajación de aquello que queremosrelajación de aquello que queremos eliminar del estudioeliminar del estudio
  • 29. Secuencias IR (Inversión-Recuperación)Secuencias IR (Inversión-Recuperación) FLAIR: TI largoFLAIR: TI largo STIR: TI cortoSTIR: TI corto
  • 30. Secuencias Eco de Gradiente (GE)Secuencias Eco de Gradiente (GE) • El movimiento de precesión dependeEl movimiento de precesión depende también del llamado “ángulo detambién del llamado “ángulo de inclinación” o “flip angle”.inclinación” o “flip angle”. • En estas secuencias se sustituye elEn estas secuencias se sustituye el pulso de 180º por una serie de nuevospulso de 180º por una serie de nuevos campos magnéticos llamadoscampos magnéticos llamados GRADIENTES con un “flip angle”GRADIENTES con un “flip angle” concretoconcreto
  • 31. Secuencias GESecuencias GE • Cuando el FlipCuando el Flip angle > 45 º seangle > 45 º se potencian en T1potencian en T1 • Cuando el FlipCuando el Flip angle < 20º seangle < 20º se potencian en T2potencian en T2
  • 32. Secuencias TSESecuencias TSE • Un pulso de 90º seguido de variosUn pulso de 90º seguido de varios pulsos de 180ºpulsos de 180º 90º 180º 180º 180º
  • 33. Se recoge la señal (impulso magnético)Se recoge la señal (impulso magnético) Se transforma en un impulso eléctricoSe transforma en un impulso eléctrico Se transforma en matrices muy complejas de 0 y 1Se transforma en matrices muy complejas de 0 y 1 Se transforma en una escala de grisesSe transforma en una escala de grises
  • 34. MRMR Espectrocopia (HEspectrocopia (H++ )) • SVSSVS (Single voxel(Single voxel spectroscopy)spectroscopy) – PRESS o STEAMPRESS o STEAM • Multivoxel o CSIMultivoxel o CSI (Chemical shift)(Chemical shift) • TE largos y cortosTE largos y cortos

Notas del editor

  1. Hydrogen nuclei (protons) have magnetic properties, called nuclear spin . They behave like tiny rotating magnets, represented by vectors. The sum of all the tiny magnetic fields of each spin is called net magnetization or macroscopic magnetization . Normally, the direction of these vectors is randomly distributed . Thus, the sum of all the spins gives a null net magnetization . Within a large external magnetic field (called B0 ), nuclear spins align with the external field. Some of the spins align with the field ( parallel ) and some align against the field ( anti-parallel ). Main nuclei imaged in human MRI In clinical MRI, Hydrogen is the most frequently imaged nucleus due to its great abundance in biological tissues. Other nuclei such as 13C, 19F, 31P, 23Na have a net nuclear spin and can be imaged in MRI. However, they are much less abundant than hydrogen in biological tissues and require a dedicated RF chain, tuned to their resonance frequency.
  2. Generalmente están distribuidos al azar, siendo el vector resultante cero. Exchange of energy  between two systems at a specific  frequency  is called  resonance .  Magnetic resonance  corresponds to the energetic interaction between  spins  and  electromagnetic radiofrequency  (RF). Only protons that  spin  with the  same frequency  as the electromagnetic  RF pulse  will respond to that RF pulse. There is a  modification of spin equilibrium  and absorption  of  electromagnetic  energy by atomic nuclei, which is called  excitation . When the system  returns  from this state of imbalance  to equilibrium  ( relaxation ), there is an  emission of electromagnetic energy .  
  3. Cuando los sometemos a un campo magnético se colocan todos en paralelo o anti paralelo a ese campo magnético (siempre un exceso en paralelo, que es la situación de mínima energía. Un vector es una flecha que representa el campo magnético: La longitud indica la intensidad del mismo y la punta la dirección del mismo.
  4. Spins wobble (or precess) about the axis of the BO field so as to describe a cone. This is called  precession.  Spinning protons are like dreidles spinning about their axis. Precession corresponds to the  gyration of the rotating axis of a spinning body about an intersecting axis . The resonance frequency, called  Larmor frequency  (ω0) or precessional frequency, is  proportional to the main magnetic field strength : ω0 = γ B0.
  5. Cada uno a su aire
  6. Nº de veces que gira por minuto
  7. En general se considera alto campo cd tienen un campo magnético superior a 1 Tesla.
  8. The magnetic vector of spinning protons can be broken down into two orthogonal components: a  longitudinal  or Z component, and a  transverse component , lying on the XY plane. Precession corresponds to  rotation of the transverse component  about the longitudinal axis. Within the  B0   magnetic field , there are more spins aligned with the field (parallel - low energy state) than spins aligned against the field ( anti-parallel  -  high energy state ). Due to this  slight excess of parallel spins, net magnetization  ( macroscopic  magnetization) has a  longitudinal component  (along the Z axis)  aligned with B0 .  As  spins  do  not  rotate  in phase , the sum of all the microscopic transverse magnetizations of each spin is a  null transverse macroscopic magnetization .  
  9. Excitation modifies energy levels and spin phases. At the quantum level, a single proton jumps to a higher energy state (from parallel to anti-parallel). The consequence on the macroscopic net magnetization vector is a spiral movement down to the XY plane.       In a rotating frame of reference, the net magnetization vector tips down during excitation. The flip angle is in function of the strength and duration of the electromagnetic RF pulse. The net magnetization vector can be broken down into a  longitudinal  component (along the Z axis, aligned with B0), and a  transverse component , lying on the XY plane. During excitation, longitudinal magnetization decreases and a transverse magnetization appears (except for a 180° flip angle). Longitudinal magnetization is due to a difference in the number of spins in parallel and anti-parallel state. Transverse magnetization is due to spins getting into phase coherence.   The net magnetization vector tips down during excitation but the microscopic spin magnetization vectors do not. Modifications of the energy state and phase of spins depend on intensity, waveform and duration of RF pulse. Longitudinal magnetization is due to a difference in the number of spins in parallel and anti-parallel state. Transverse magnetization is due to spins getting more or less into phase. The net magnetization vector tips down during excitation but the microscopic spin magnetization vectors do not. Modifications of the energy state and phase of spins depend on intensity, waveform and duration of RF pulse. Longitudinal magnetization is due to a difference in the number of spins in parallel and anti-parallel state. Transverse magnetization is due to spins getting more or less into phase.
  10. Y en seguida, chocan unas con otras, con una ranura en el suelo, con poolvo, etc… y se van desfasando.
  11. Los protones vuelven al equilibrio
  12. El pulso de RF envía el vector al plano transversal de las x. Esa energía luego seva perdiendo para recuperar su posición original. Cuando se ha perdido el 63 % de esa magnitación Es el tiempo necesario para que se recupere el 63 % de la magnetización longitudinal inicial. El tiempo de relajación longitudinal se llama T1 y depende de la relación entre el protón y el medio que lo rodea (existen medios de distinta estructura molecular, viscocidad, etc) El tiempo de relajación transversa se llama T2 y depende de la relación entre el protón y los protones vecinos.
  13. Relaxation and its characteristics: T1 and T2 times Denis Hoa 15/02/2009 14:31 Return to equilibrium of net magnetization is called Relaxation. During relaxation, electromagnetic energy is retransmitted: this RF emission is called the NMR signal. Relaxation combines 2 different mechanisms: Longitudinal relaxation corresponds to longitudinal magnetization recovery Se nos colocan todos en este plano y ademas se ponen todas las peonzas a girar a la vez, pero en seguida se desfasan ¿Cómo solucionarlo? Transverse relaxation corresponds to transverse magnetization decay Longitudinal relaxation is due to energy exchange between the spins and surrounding lattice (spin-lattice relaxation), re-establishing thermal equilibrium. As spins go from a high energy state back to a low energy state, RF energy is released back into the surrounding lattice. The recovery of longitudinal magnetization follows an exponential curve. The recovery rate is characterized by the tissue-specific time constant T1. After time T1, longitudinal magnetization has returned to 63 % of its final value. With a 1.5 T field strength, T1 values are about 200 to 3000 ms. T1 values are longer at higher field strengths.     Transverse relaxation results from spins getting out of phase. As spins move together, their magnetic fields interact (spin-spin interaction), slightly modifying their precession rate. These interactions are temporary and random. Thus, spin-spin relaxation causes a cumulative loss in phase resulting in transverse magnetization decay. Transverse magnetization decay is described by an exponential curve, characterized by the time constant T2. After time T2, transverse magnetization has lost 63 % of its original value. T2 is tissue-specific and is always shorter than T1. Transverse relaxation is faster than longitudinal relaxation. T2 values are unrelated to field strength.  
  14. Relaxation and its characteristics: T1 and T2 times Denis Hoa 15/02/2009 14:31 Return to equilibrium of net magnetization is called Relaxation. During relaxation, electromagnetic energy is retransmitted: this RF emission is called the NMR signal. Relaxation combines 2 different mechanisms: Longitudinal relaxation corresponds to longitudinal magnetization recovery Se nos colocan todos en este plano y ademas se ponen todas las peonzas a girar a la vez, pero en seguida se desfasan ¿Cómo solucionarlo? Transverse relaxation corresponds to transverse magnetization decay Longitudinal relaxation is due to energy exchange between the spins and surrounding lattice (spin-lattice relaxation), re-establishing thermal equilibrium. As spins go from a high energy state back to a low energy state, RF energy is released back into the surrounding lattice. The recovery of longitudinal magnetization follows an exponential curve. The recovery rate is characterized by the tissue-specific time constant T1. After time T1, longitudinal magnetization has returned to 63 % of its final value. With a 1.5 T field strength, T1 values are about 200 to 3000 ms. T1 values are longer at higher field strengths.     Transverse relaxation results from spins getting out of phase. As spins move together, their magnetic fields interact (spin-spin interaction), slightly modifying their precession rate. These interactions are temporary and random. Thus, spin-spin relaxation causes a cumulative loss in phase resulting in transverse magnetization decay. Transverse magnetization decay is described by an exponential curve, characterized by the time constant T2. After time T2, transverse magnetization has lost 63 % of its original value. T2 is tissue-specific and is always shorter than T1. Transverse relaxation is faster than longitudinal relaxation. T2 values are unrelated to field strength.  
  15. Cantidad de protones en el medio