IRM - Imagistică prin Rezonanță Magnetică

1. Principiul metodei

Principiul de funcţionare al IRM se bazează pe mişcarea de spin a nucleului în jurul propriei axe specifică unor anumite elemente. Aceste nuclee se numesc nuclee active MR.

Nucleele active MR sunt caracterizate prin tendinţa de a se alinia la direcţia unui câmp magnetic aplicat din exterior. Conform legilor inducţiei electromagnetice, nucleele care au o încărcătură electrică netă şi au o mişcare de spin pot dobândi un moment magnetic şi sunt capabile să se alinieze cu un câmp magnetic exterior. Aceasta se întâmplă dacă numărul de masă este impar, adică daca este format dintr-un număr par de neutroni şi un număr impar de protoni sau viceversa.

Cele mai importante nuclee active MR le au elementele : Hidrogen (A=1), Carbon (A=13), Azot (A=15), Oxigen (A=17), Fluor (A=19), Sodiu (A=23), Fosfor (A=31).

În absenţa unui câmp magnetic exterior, momentele magentice ale nucleelor sunt orientate aleatoriu. Când sunt introduse într-un câmp magnetic exterior, momentele magnetice ale nucleelor se aliniază la direcţia câmpului.

Nucleul de hidrogen este cel utilizat la IRM în scopuri clinice, deoarece este abundent în corpul uman sub forma apei şi are un moment magnetic relativ mare. Astfel când o persoană se află în interiorul câmpului magnetic generat de aparatul IRM momentele magnetice ale acestor nuclee se aliniază la direcţia câmpului.

Rezonanţa este fenomenul care are loc când un obiect este expus la o perturbaţie oscilatorie ce are frecvenţa apropiată de frecvenţa sa naturală de oscilaţie. Când un nucleu este expus la o perturbaţie externă ce are o oscilaţie similară cu frecvenţa sa naturală, acesta primeşte energie de la forţa exterioară.

Într-o maşină IRM o sursă de frecvenţe radio este pornită pentru o scurtă perioadă, producând un câmp electromagnetic. Fotonii acestui câmp au energia potrivită, cunoscută ca frecvenţă de rezonanţă, pentru a întoarce spin-ul protonilor aliniaţi din corp. Cu cât intensitatea şi durata câmpului creşte, cu atât mai mulţi protoni sunt afectaţi. După ce câmpul este oprit, protonii revin în poziţia originală, iar diferenţa de energie dintre cele două stări este eliberată ca un foton. Aceşti fotoni produc un semnal electromagnetic care este detectat de scanerul aparatului IRM.

Sistemele atomice sunt caracterizate prin valori discrete ale energiei. În mecanica cuantică, diferenţa de energie între două niveluri energetice poate fi tratată ca o cuantă de energie cu frecvenţa dată relaţia:

(1)

Aceasta frecvenţă ν poate fi considerată ca fiind una dintre frecvenţele proprii ale sistemului.

Un grup special de niveluri energetice sunt cele care apar la plasarea unui sistem atomic în câmp magnetic. În cazul în care atomi, sau părţi componente ale acestora, au un moment magnetic diferit de zero, va avea loc o interacţiune între momentele magnetice şi câmpul magnetic aplicat. Această interacţiune conduce la apariţia unui termen suplimentar în expresia energiei nivelurilor energetice, de forma:

(2)

Unde este momentul magnetic al sistemului atomic, iar inducţia câmpului magnetic static.

Aceşti termeni de energie suplimentari au forma generală:

(3)

Unde mi este număr cuantic magnetic, gi¬ factor giromagnetic, μelem moment magnetic elementar.

Fenomenele de rezonanţă magnetică descriu interacţiunea unui sistem atomic, plasat într-un câmp magnetic static, cu un câmp electromagnetic având frecvenţa egală cu frecvenţa corespunzătoare diferenţei de energie între subnivelurile Zeeman ale sistemului studiat.

Condiţia de rezonanţă magnetică este aşadar:

(4)

Unde termenul din stânga conţine frecvenţa câmpului electromagnetic, iar termenul din dreapta este diferenţa de energie între subnivelurile Zeeman succesive.

Această condiţie se va aplica în funcţie de tipul de rezonanţă studiat. Fenomenele de rezonanţă magnetică se împart în două categorii, după constituenţii atomilor care posedă moment magnetic propriu:

- rezonanţă electronică de spin (RES) (sau rezonanţă paramagnetică) pentru electroni;

- rezonanţă magnetică nucleară (RMN) pentru nuclee.

Frecvenţa la care protonii din nuclee rezonează este dependentă de puterea câmpului magnetic. Pentru a mări puterea câmpului magnetic sunt aplicate mai multe câmpuri, depinzând de poziţia în interiorul pacientului, făcând ca frecvenţa fotonilor eliberaţi să fie dependentă de poziţie într-o manieră predictibilă.

Imaginea poate fi realizată deoarece protonii din diferite ţesuturi revin la poziţia originală cu viteze diferite, diferenţă ce poate fi detectată.

Cinci variabile specifice ţesuturilor pot fi utlizate pentru a crea imaginea:

- Densitatea de spin;

- Timpul de relaxare T1;

- Timpul de relaxare T2;

- Schimbul de flux;

- Schimbul spectral;

Pentru crearea de contrast între diferitele tipuri de ţesut se recurge la alternarea parametrilor scanerului.