Intensidade do Sinal de Ressonância Magnética e Relaxamento Tecidual

A imagem por ressonância magnética (RM) deriva o contraste não de um único valor de densidade, mas de como os núcleos de hidrogênio no tecido retornam ao equilíbrio após um pulso de radiofrequência. Dois tempos característicos — T1 (relaxamento longitudinal) e T2 (relaxamento transversal) — juntamente com a densidade de prótons, determinam se um tecido aparece brilhante ou escuro, e eles diferem o suficiente entre os tecidos para conferir à RM seu rico contraste de tecidos moles.

Definition

A intensidade do sinal de RM é a magnitude do sinal de radiofrequência emitido pelos núcleos de hidrogênio do tecido à medida que relaxam após a excitação; é governada pela densidade de prótons e pelos tempos de relaxamento longitudinal (T1) e transversal (T2) específicos do tecido, com o peso da imagem determinado pelo tempo de aquisição.

Scope

Este tópico explica a origem física da intensidade do sinal de RM: densidade de prótons, relaxamento T1 e T2, e como o peso da sequência seleciona qual propriedade domina a imagem. Ele também aborda como os agentes paramagnéticos à base de gadolínio encurtam os tempos de relaxamento para aumentar o sinal. É uma descrição de referência do porquê os tecidos diferem no sinal de RM, não uma orientação sobre a prescrição de sequências ou administração de contraste.

Core questions

• Qual processo físico gera o sinal de RM do tecido?
• Como o relaxamento T1 e T2 diferem, e o que controla cada um?
• Por que o mesmo tecido parece brilhante em uma sequência e escuro em outra?
• Como os agentes de contraste à base de gadolínio alteram o sinal do tecido?
• Por que fluidos, gordura e tecido sólido mostram padrões de sinal característicos?

Key concepts

• Densidade de prótons (spin)
• Relaxamento longitudinal T1
• Relaxamento transversal T2
• Ponderação da sequência (ponderada em T1, T2 e densidade de prótons)
• Agentes de contraste à base de gadolínio
• Relaxividade

Key theories

Teoria do relaxamento da ressonância magnética nuclear (teoria BPP)

Bloembergen, Purcell e Pound descreveram como o movimento molecular modula o ambiente magnético dos núcleos e, assim, governa as taxas de relaxamento longitudinal e transversal, fornecendo a base física para o porquê T1 e T2 diferem entre os tecidos.

Mechanisms

Colocados em um forte campo magnético, os núcleos de hidrogênio se alinham e podem ser desviados por um pulso de radiofrequência; à medida que se realinham, a magnetização longitudinal se recupera com a constante de tempo T1, enquanto a magnetização transversal decai com a constante de tempo T2. As taxas dependem de como o movimento molecular modula os campos magnéticos locais, conforme descrito por Bloembergen, Purcell e Pound, de modo que tecidos com diferentes ligações de água e conteúdo macromolecular têm diferentes tempos de relaxamento. Ao escolher o tempo de excitação e leitura do sinal, uma aquisição pode ser ponderada para T1, T2 ou densidade de prótons. Quelatos de gadolínio paramagnéticos criam campos locais flutuantes que encurtam o T1 (e T2) próximo, clareando o tecido de realce em imagens ponderadas em T1; a eficiência desse efeito é a relaxividade do agente, revisada por Caravan e colegas.

Clinical relevance

O contraste baseado em relaxamento permite que a RM separe tecidos que parecem semelhantes em outras modalidades, o que é central para a interpretação da anatomia de tecidos moles. Esta entrada descreve a base física do sinal de RM e não é uma base para selecionar sequências, agentes ou doses para pacientes individuais.

Evidence & guidelines

A física do relaxamento baseia-se na análise seminal de Bloembergen-Purcell-Pound e na demonstração de Lauterbur da formação de imagens por RMN, com as diferenças teciduais relevantes para o contraste destacadas pela primeira vez por Damadian. A química e o comportamento dos agentes de gadolínio estão consolidados em Caravan e colegas, e a física da imagem em textos como Bushberg e colegas.

History

O comportamento de relaxamento subjacente ao contraste de RM foi caracterizado em 1948 por Bloembergen, Purcell e Pound. O relatório de Damadian de 1971 de que os tempos de relaxamento diferiam entre os tecidos sugeriu um uso diagnóstico, e o método de codificação espacial de Lauterbur de 1973 transformou a RMN em uma técnica de imagem. Os quelatos de gadolínio, revisados ​​compreensivamente em 1999, forneceram posteriormente uma maneira controlável de manipular o relaxamento tecidual e, portanto, o sinal.

Key figures

• Paul Lauterbur
• Nicolaas Bloembergen
• Edward Purcell
• Raymond Damadian

Seminal works

• bloembergen-1948
• lauterbur-1973
• damadian-1971

Frequently asked questions

Qual a diferença entre o relaxamento T1 e T2?

T1 descreve a rapidez com que a magnetização longitudinal se recupera ao longo do campo principal, enquanto T2 descreve a rapidez com que a magnetização transversal decai; os dois surgem de diferentes aspectos de como o movimento molecular perturba os núcleos, de modo que variam independentemente entre os tecidos.

Por que o fluido parece brilhante em uma imagem ponderada em T2, mas escuro em uma imagem ponderada em T1?

O fluido tem tempos de relaxamento T1 e T2 longos, então ele fornece baixo sinal onde as diferenças de T1 dominam a imagem e alto sinal onde as diferenças de T2 dominam.

Como o contraste de gadolínio clareia o tecido?

O gadolínio é paramagnético e cria campos magnéticos locais flutuantes que encurtam o T1 dos prótons de água próximos, aumentando o sinal em imagens ponderadas em T1 onde o agente se acumula.