Download Codificación de fase

GE Healthcare
RM Teoría y Terminología
1/
GE /
Objetivos
Física es la llave para entender que hay detrás de
la selección de parámetros realizada durante la
adquisición de imágenes
Los técnicos de RM manipulan la física con el fin de obtener
contrastes y eliminar artefactos de las imágenes
Este módulo examina las propiedades que hacen al núcleo
activo en RM, comportamiento del núcleo en un campo
magnético externo, resonancia, señal, relajación, ponderación,
codificación espacial
2/
GE /
Estructura Atómica
Proton
Electron
_
+
+ +
+
_
Neutron
CARACTERISTICAS DEL ATOMO
•Protones, neutrones, y electrones tienen carga y masa
• Los núcleos contienen protones y neutrones
•Los protones tienen carga positiva
•Los neutrones no tienen carga
•Los electrones tiene carga negativa
•Los electrones giran alrededor del núcleo
3/
GE /
Estructura Atómica
Proton
Electron
_
+
+ +
+
_
Neutron
PROPIEDADES FISICAS Y EL ATOMO
El núcleo determina las propiedades físicas del átomo
•Numero Atómico = Número de protones (o electrones)
•Masa = Suma de protones y neutrones
•Si, Protones = Neutrones el átomo es RM inactivo
4/
GE /
Estructura Atómica
Proton
Electron
_
+
+ +
+
_
Neutron
CHEMICAL PROPERTIES AND THE ELECTRON SHELLS
•Electrones determinan las propiedades quimicas del átomo
•The orbital shell determines the electron’s energy level
•Cuando protones y electrones son iguales, el átomo no tiene una
carga neta y es quimicamente inactivo.
5/
GE /
Atomo Hidrógeno 1
Proton
Electron
_
•EL NCLEO DE HIDROGENO 1
•1H CONTIENE
•1 proton
•No neutrones
•1 electron
+
6/
GE /
Giro(spin) Neto
PROTONES, NEUTRONES Y ELECTRONES GIRAN (rotan sobre su eje)
•Pares de protones con protones en posición spin-up-spin-down
•Pares de neutrones con neutrones en posicion spin-up-spin-down
•Protones impares con neutrones
•Spin pares se cancelan
•Protones y/o neutrones impares crean un spin neto
•El spin (giro) neto hace al núcleo RM activo
7/
GE /
Momento nuclear magnético
+
•Un núcleo con un giro neto es una particula cargada girando
•Esto genera un campo magnético paralelo al eje de giro
•Este campo magnético es llamado momento nuclear magnético
8/
GE /
Vector Cuantitativo
MISMA INTENSIDAD
DIFERENTE DIRECCION
MISMA DIRECCION
DIFERENTE INTENSIDAD
•El Momento Nuclear Magnético tiene una magnitud y una dirección
•El simbolo vector representa la magnitud y la dirección del MNM
9/
GE /
Alineamiento Natural
EN AUSENCIA DE UN CAMPO MAGNETICO EXTERNO
•Los núcleos tienen direcciones aleatoreas
•Se cancelan unos a otros y no hay magnetización neta
10 /
GE /
Alineamiento con Bo
B0
EN PRESENCIA DE UN CAMPO MAGNETICO EXTERNO -Bo•Los núcleos se alinean en 1 ó 2 direcciones dependiendo de su energía
•Baja Energía se alinean en paralelo con Bo
•Alta Energía se alinean contra Bo en antiparalelo
11 /
GE /
Aumentando Bo
B0
A MEDIDA QUE B0 AUMENTA, MAS NUCLEOS SE
ALINEAN EN LA POSICION PARALELA DE BAJA
ENERGIA
12 /
GE /
Vector de Magnetización Neto
B0
EL VECTOR DE MAGNETIZACION NETO ES FORMADO POR
•Pares de núcleos paralelos y antiparalelos anulados
•El momento magnético de los núcleos impares se suma y crea
un efecto llamado Vector de Magnetización Neto
•Solamente los núcleos impares participan en la señal de RM
13 /
GE /
Vector de Magnetización Neto
B0
Mz
EL VECTOR NETO ES LA SUMA DE TODOS LOS VECTORES PARALELOS,
IMPARES Y DE BAJA ENERGIA
•La potencia es la SUMA de las fuerzas magnéticas de cada proton
•La dirección es la SUMA de las direcciones polares de cada proton
•En el estado de Baja Energia, el Vector Neto se alinea a lo largo del
eje longitudinal o eje Z y es llamado Mz
14 /
GE /
Precesión en Bo
B0
ELLOS BAMBOLEAN COMO UN TROMPO
•La agitación térmica impide al núcleo alinearse perfectamente con
Bo por lo que se alinea en un ángulo
•Como Bo tiende a llevar al núcleo a una perfecta alineación, el
conflicto entre fuerzas produce la precesion del núcleo
15 /
GE /
La Ecuación de Larmor
ω = γΒο
Omega o
frecuencia
precesional
Gamma o
razón
giromagnética
Potencia del
campo
magnético
externo
LA ECUACION DE LARMOR CALCULA LA VELOCIDAD DE PRECESION
•La frecuencia precesional depende de:
El tipo de núcleo
La potenia del campo magnético externo
•La frecuencia precesional es medida en ciclos por segundos -Hz16 /
GE /
Razón Giromagnética
Núcleo
n
1H
2H
13C
14N
19F
23Na
27Al
31P
γ
GMR en MHz
29.16
42.58
06.53
10.70
03.08
40.05
11.26
11.09
17.24
La Razón Giromagnética otorga una frecuencia a 1.0 Tesla
•La R. G. provee una constante giromagnética para cada núcleo
a 1 Tesla
•La R. G. es única para cada tipo de núcleo.
17 /
GE /
H1 a 1.5 Tesla
ω = γ Βο
63.87 MHz
42.58 MHz/1.0T
1.5T
LA FRECUENCIA PRECESIONAL DE H1 A 1.5 TESLA
•Cuál es la frecuencia precesional de H1 a 2T?
•Cuál es la frecuencia precesional de H1 a 0.5T?
18 /
GE /
Todavía no hay señal
B0
Mz
•Mz no puede ser medida cuando esta alineada con Bo
•Mz debe ser movida de Bo para poder generar señal
•Cómo hacemos para mover Mz de Bo?
19 /
GE /
Las bases de RM
LA BASE DE LA RM ES INDUCIR TRANSICIONES ENTRE ESTADOS
DE ENERGIA POR ABSORCION Y TRANSFERENCIA DE ENERGIA
Mz
=
RECUERDEN QUE Mz ES LA SUMA DE LOS NUCLEOS PARALELOS E IMPARES
•Para mover Mz se necesita cambiar el alineamiento de cada núcleo
•Para cambiar el alineamiento de cada núcleo se debe cambiar su nivel de energía
•Para cambiar su nivel de energia se usa Radiofrecuencia
20 /
GE /
RF Fase y Frecuencia
Longitud de Onda
Amplitud
B1
Frecuencia = ciclos por segundo
RADIACION ELECTROMAGNETICA
•Las Ondas de Radio son ondas sinusoidales, que generan campos
magnéticos fluctuantes
•Las Ondas de Radio tienen Amplitud, Longitud de Onda y Frecuencia
•La frecuencia de la Onda de Radio determina su Energía
21 /
GE /
Sintonizando Frecuencia
ω = γ Βο
B0
=
B1
LA ECUACION DE LARMOR CALCULA LA FRECUENCIA DE TRANSMISION
•La frecuencia del pulso de RF debe er la misma que la frecuencia de
de precesión del núcleo para poder transferir energía
CUANDO HACEN “PRESCAN” ESTAN SINTONIZANDO ESTAS FRECUENCIAS
22 /
GE /
B1 Definición
B0
Mz
B1
DOS CRITERIOS PARA B1
•El campo magnetico ejercido por la energia de RF es llamado B1
•B1 debe ser transmitido perpendicular a Bo
23 /
GE /
Resonancia
B0
Mz
B1
EN PRESENCIA DE B1, LOS NUCLEOS DE BAJA ENERGIA, ABSORBEN
ENERGIA Y SE MUEVEN A UN ESTADO DE ALTA ENERGIA
LA TRANSICION AL ESTADO DE ALTA ENERGIA ES LLAMADO RESONANCIA
24 /
GE /
Movimiento del Núcleo
B0
B1
DESPUES DE ABSORVER ENERGIA EL NUCLEO SE
MUEVE A UNA ALINEACION ANTIPARALELA
25 /
GE /
Movimiento de la Magnetización Neta
B0
B1
Mxy
LA DIRECCION DEL VECTOR NETO CAMBIA TAL COMO
TRANSICIONO EL ATOMO A UN ESTADO DE ALTA ENERGIA
•El pulso de RF es designado de acuerdo al movimiento que crea en el Bo
•Un pulso de 90 grados mueve la magnetización neta a 90 grados
•Cuánto mueve la magnetización neta un pulso de 180 grados?
•Cuando la magnetización neta esta en el plano transverso es llamada Mxy
26 /
GE /
Ley de Faraday de Inducción
3 ELEMENTOS DEBEN ENCONTRARSE PARA GENERAR SEÑAL
•Un conductor
•Un campo magnético
•Movimiento del campo magnético en relación al conductor
B0
Mxy
EN RM
•Una bobina de RF nos da el conductor
•Y mxy nos da el campo magnético en movimiento porque precesa
27 /
GE /
Producción de señal en RM
Fuerte señal positiva
•La potencia y dirección de la señal generada en la bobina depende de la
posición de Mxy
•Fuerte señal positiva es generada cuando el vector neto pasa perpendicular
a través de la bobina de recepción
28 /
GE /
Producción de señal de RM
Ausencia de señal
Ausencia se señal es generada cuando el vector neto es paralelo a la
bobina de recepción
29 /
GE /
Producción de señal de RM
Fuerte señal negativa
Fuerte señal negativa es generada cuando el polo negativo del vector
neto pasa a través de la bobina de recepción
30 /
GE /
Producción de señal de RM
Ausencia de señal
Ausencia se señal es generada cuando el vector neto es paralelo a la
bobina de recepción
31 /
GE /
Decaimiento de Inducción Libre (FID)
•La señal generada en la bobina de recepción es alternativa
porque el vector neto esta precesando
•La señal decae a medida que el núcleo retorna al estado de baja
energía
32 /
GE /
Relajación
B0
Mxy
CUANDO B1 ES REMOVIDO, EL NUCLEO EMITE ENERGIA Y REGRESA
AL ESTADO DE BAJA ENERGIA
LA TRANSICION REGRESIVA AL ESTADO DE BAJA ENERGIA ES LLAMADA
RELAJACION
33 /
GE /
Relajacion
B0
DESPUES DE EMITIR ENERGIA EL NUCLEO REGRESA AL ALINEAMIENTO
EN PARALELO
34 /
GE /
Movimiento de la Magnetización Neta
B0
Mz
Y EL VECTOR DE MAGNETIZACION NETO REGRESA A LA POSICION Mz
35 /
GE /
Coherencia de Fase
Vector Neto
El pulso de RF causa en el nucleo:
•Movimiento a un estado de alta energía
•Precesión en fase
LAS PUNTAS DE LOS VECTORES DE LOS MOMENTOS MAGNETICOS
SE ENCUENTRAN EN EL MISMO LUGAR EN EL CICLO PRECESIONAL
36 /
GE /
Pérdida de Coherencia de Fase
Cuando el pulso de RF es removido
el núcleo:
•vuelve al estado de baja energía
•Precesa fuera de fase
LA PUNTA DE LOS VECTORES SE ENCUENTRAN EN DISTINTOS MOMENTOS
DEL CICLO PRECESIONAL
37 /
GE /
Relajación
La pérdida de coherencia de fase es llamada
defasaje o relajación T2
El regreso al estado de baja energía es llamado
recuperación o relajación T1
38 /
GE /
GE Medical Systems--TiP Training in Partnership
Relajación T1
•Relajación T1 es también llamada Térmica o spin-lattice (enrejado)
•Relajación T1 envuelve un intercambio de energía - núcleos excitados
liberan energía y vuelven al estado de equilibrio
•Relajación T1 es la recuperación del vector de magnetización neto al
eje longitudinal
M0
Mz
Tiempo T1 es cuando el 63% del
re-crecimiento ha ocurrido
63%
39 /
GE /
GE Medical Systems--TiP Training in Partnership
Relajación T2
•Relajacion T2 tambien llamada Térmica o spin-spin
•Relajación T2 envuelve la pérdida de coherencia de fase y es causada
por el campo magnético local
•Relajación T2 es causada por la pérdida de fase del vector de
magnetización en el plano transverso
Mxy
Tiempo T2 es cuando el 37% de la
magntización transversa inicial
se queda
37%
40 /
GE /
Relajación T2* (estrella)
El defasaje T2 puede ser causado por inomogeneidades en Bo
este tipo de defasaje es llamado T2*(estrella)
+
•B0 no es perfecto
•El paciente introduce
imperfecciones adicionales
•Los núcleos precesan mas
rápido o mas lento debido
a éstas imperfecciones
+
-
41 /
GE /
Molecular Tumbling and Relaxation
MOLECULAR TUMBLING RATE AFFECTS RELAXATION EFFICIENCY
T1
T2
Slow
W0
Fast
•T2 ocurre antes o al mismo tiempo que T1
•T1 no ocurre antes que T2
42 /
GE /
Contraste de Imágen
La intensidad de la señal de RM es afectada por
•Relajación T1
•Relajación T2
•Densidad Protónica
Variaciones en T1, T2 y Densidad Protónica
producen contrastes de imágen
43 /
GE /
Contraste
•El contraste de las imágenes es denominado de acuerdo
al factor que ha tenido el impacto mas importante. Todos
los factores afectan a las imagenes, pero sólo uno tiene
mas influencia que los otros
•T1-weighted--Relajación T1 ha tenido el mayor impacto
•T2-weighted--Relajacion T2 ha tenido el mayor impacto
•Proton density weighted--Densidad Protónica ha tenido
el mayor impacto
La importancia de la RM es la posibilidad de cambiar el
contraste, cambiando el factor de impacto
44 /
GE /
GE Medical Systems--TiP Training in Partnership
Secuencias de Pulso
El contraste es afectado por
•El tipo de pulso de RF
•El control del tiempo del pulso de RF
Secuencias de pulso y parámetros controladores de
tiempo determinan como, T1, T2 o DP impactan
en el contraste
45 /
GE /
Controlando efecto T1
z
xy
•Un pulso de 90° mueve el vector neto 90°
•Cuando la velocidad de repetición del pulso de 90° es mas corta
que el tiempo de recuperación T1 ocurre una saturación
•Diferentes tejidos, con diferentes tiempos T1, tienen diferentes
niveles de saturación
46 /
GE /
Controlando efecto T2
Slow
Fast
Slow
Fast
•T2 y T2* causan al núcleo del vector neto un defasaje porque algunos
núcleos precesan mas rápidos y otros mas lentos
•Un pulso de 180° revierte la magnetización permitiendo al núcleo
re-enfasarse y producir una señal de eco
47 /
GE /
Contraste
Para crear una imágen potenciada en T1
•Optimizar el efecto de saturación usando TR corto
•No permite al tejido recuperarse
•Disminuir el defasaje utilizando TE corto
•No permite que ocurra el tiempo T2
Para crear una imágen potenciada en T2
•Disminuir el efecto de saturación usando TR largo
•Permite al tejido recuperarse
•Optimizar el defasaje utilizando TE largo
•Permite que ocurra el tiempo T2
Para crear una imágen potenciada en Densidad Protónica
•Disminuir el efecto de saturación usando TR largo
•Permite al tejido recuperarse
•Disminuir el defasaje utilizando TE corto
•No permite que ocurra el tiempo T2
48 /
GE /
Contraste
49 /
GE /
Codificación Espacial
La señal de RM debe ser codificada espacialmente
Codificación Espacial envuelve:
•Selección de corte
•Codificación de fase
•Codificación de frecuencia
50 /
GE /
Selección de Corte
El primer paso es la exitación del corte--el objetivo es sólo excitar los
núcleos que están dentro del corte de interés
Un gradiente magnético
de campo es encendido
-
+
51 /
GE /
Selección de Corte
Los núcleos precesan a diferentes frecuencias en relación a su posición
con respecto al gradiente
La RF es transmitida a una
frecuencia que combina
con la del núcleo dentro del
corte de interés. Sólo éstos
núcleos serán excitados
-
+
52 /
GE /
Selección de Corte
Los gradientes pueden alterar el campo magnético principal a lo
largo de los ejes X, Y y Z
El gradiente Z determina la
selección del corte en AXIAL
Y
El gradiente X determina la
selección del corte en SAGITAL
X
El gradiente Y determina la
selección del corte en CORONAL
Z
53 /
GE /
Codificación de Fase
El próximo paso es la codificación de Fase del corte excitado
-
+
En la codificación de Fase un gradiente es encendido y luego apagado
54 /
GE /
Codificación de Fase
Mientras que los gradiente están encendidos los núcleos precesan
a diferentes frecuencias
Donde el gradiente es
mas fuerte el núcleo
precesa mas rápido
Donde el gradiente es
mas debil el núcleo
precesa mas lento
-
+
55 /
GE /
Codificación de Fase
Cuando el gradiente es apagado, el núcleo retorna a la misma frecuencia
de precesión, pero su fase ha sido movida en relación a la posición del
gradiente
56 /
GE /
Codificación de Frecuencia
En la codificación de frecuencia, un gradiente es encendido
y se mantiene en esa condición, mientras la señal es recojida.
+
-
Donde el gradiente es mas
fuerte el núcleo precesa
mas rápido
Donde el gradiente es mas
débil el núcleo precesa
mas lento
57 /
GE /
Codificación de Frecuencia
Durante la recolección los núcleos estan precesando a diferentes
frecuencias en relación a la posición de los gradientes.
+
-
58 /
GE /
Codificación Espacial
El proceso completo es repetido una vez por cada valor de codificación
de fase
+128
-128
59 /
GE /
Espacio K
El resultado de la codificación espacial es el llenado del Espacio K
Cada linea del espacio K representa una única
combinación de Fase Y Frecuencia
60 /
GE /
Espacio K
El espacio K guarda todos los datos que son usados en la
reconstrucción de la imagen
Las lineas centrales del espacio K tienen alto impacto en el
contraste de la imagen
61 /
GE /
Gracias
62 /
GE /