Nuklearna Magnetna Rezonanca

Nuklearna magnetna rezonanca (NMR) Magnetno rezonantno oslikavanje (MRI)

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

1

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

2

Fenomen nmr Fenomen NMR (nuklearne magnetne rezonance) se zasniva na ponašanju atomskog jezgra sa nesparenim spinom u magnetnom polju. Rotacija naelektrisanih estica stvara magnetno polje.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

3

Fenomen nmr

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

4

Fenomen nmr Vodonik 1H ima najja i magnetni momenat i najzastupljenije je jezgro u organizmu. 63% ljudskog tela je vodonik, u vodi i u mastima. Klini ka primena ove metode se zasniva na osobinama 1H. U spoljašnjem magnetnom polju, B0,, magnetni momenti se postavljaju paralelno polju. nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

5

Fenomen nmr

Bez spoljašnjeg polja

Spoljašnje polje B0 nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

6

Fenomen nmr Spin u polju B0 može imati jednu od dve orijentacije. Magnetni momenti precesiraju oko B0. (kao igra).

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

7

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

8

Fenomen nmr Spinski paket su svi spinovi na koje deluje isto magnetno polje (imaju istu Larmorovu frekvenciju). Magnetno polje spinskog paketa se može predstaviti ukupnom magnetizacijom M.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

9

Fenomen nmr U ravnoteži ukupna magnetizacija, M, je paralelna sa B0. Komponente magnetnih momenata normalne na B0 pojedina nih spinova se potiru. Transverzalna komponenta M je jednaka nuli.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

10

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

11

Fenomen nmr • Ukupna magnetizacija menja pravac. Osim longitudinalne komponente M, postoji i transverzalna komponenta. • Ako polje B1 deluje dovoljno dugo uspostavlja se nova ravnoteža sa ukupnom M smera suprotnog od B0, ali takodje bez transverzalne komponente.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

12

Fenomen nmr Kad se isklju i B1 sistem se vra a u prethodno (ravnotežno) stanje emisijom zra enja ija je frekvencija jednaka Larmorovoj frekvenciji. Brzina kojom se sistem vra a u prethodno stanje se karakteriše vremenima relaksacije T1 i T2.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

13

Fenomen nmr Relaksaciono vreme, T1, koje karakteriše vra anje M u pravac B0 zavisi od okruženja u kome se jezgra nalaze. T1 govori o interakciji izmedju spina i okruženja (spin lattice relaxation time)

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

14

Fenomen nmr Drugo vreme relaksacije, T2, je vreme koje opisuje nestajanje transverzalne komponente M . Ovo vreme zavisi od nehomogenosti polja B1 i od interakcije spinova.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

15

Fenomen nmr • Na prethodno opisanom fenomenu se zasniva nmr spektroskopija i mri.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

16

nmr spektroskopija • Uopšteno, spektroskopija je eksperimentalna metoda kojom se sistem prou ava tako što se ispituje interakcija sistema i zra enja. • U nmr spektroskopiji se analizira apsorpcija i emisija zra enja jezgara u polju B0 pod uticajem kratoktrajnog delovanja promenljivog polja B1. nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

17

nmr spektroskopija Signal u nmr spektroskopiji poti e od apsorpcije energije pri prelasku iz paralelnog u antiparalelnog stanje i (toj istoj) energiji koja se emituje kad se ukine promenljivo polje B1. Signal je proporcionalan razlici broja spinova u dva stanja. nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

18

nmr spektroskopija Osetljivost nmr spektroskopiji daje rezonanca izmedju spinova i spektrometarskog uredjaja. Rezonancu možemo shvatiti kao razmenu energije na specifi noj frekvenciji.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

19

nmr spektroskopija • Važan pojam je frekventni pomak. Frekvencija na kojoj dolazi do apsorpcije pri odredjenom polju B0 zavisi od vrste jezgra. Medjutim, jedno isto jezgro u razli itim molekulima e apsorbovati na nešto razli itim frekvencijama zato što je magnetno polje izmenjeno u razli itim okruženjima pod uticajem raznih hemijskih veza. nuklearna magnetna rezonanca - vera 20 gal

nmr spektroskopija • NMR spektroskopijom se identifikuju jezgra i molekuli u kojima se ona nalaze, kao i energetski prelazi koji daju uvid u finu strukturu molekula. Može se odrediti i okruženje molekula.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

21

nmr spektroskopija Sva tri identi na spinska paketa doprinose signalu. Mogu se identifikovati spinovi po frekvenciji i proceniti njihov broj prema amplitudi. Ne može se odrediti gde se oni nalaze. nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

22

mri • MRI (magnetno rezonantno oslikavanje) je tehnika kojom se stvaraju trodimenzionalne slike nmr signala u objektu (ljudskom telu). U medicinskom mri uglavnom se koristi signal koji poti e od 1H u vodi i mastima.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

23

mri • Razmotrimo sa aspekta tehnika oslikavanja dva pojma : voksel i piksel. • Voksel je deo zapremine ispitivanog objekta iz koga se dobija (jedinstven) signal. • Piksel je deo slike koji odgovara jednom vokselu.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

24

mri • Da bi se odredile koordinate nmr signala stvara se gradijent polja B0 duž ispitivanog objekta. Na taj na in samo u jednom popre nom preseku se odredjuju koordinate signala i signal analizira. Variranjem B0 duž ose dobijaju se signali iz raznih popre nih preseka. nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

25

gradijent

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

26

mri:gradijent u pravcu B0

Kad se uklju i puls samo je u jednom režnju vrednost B0 takva da se dobije signal. Gx i Gy omogu avaju odredjivanje faze i nuklearna magnetna rezonanca - vera 27 frekvence. gal

mri • Signal (iz svake koordinate) se analizira. Pravac B1, njegovo trajanje i vreme ponavljanja su veli ine koje se mogu menjati tokom pregleda.

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

28

mri • Na kraju analize se dobijaju pikseli poznatih intenziteta signala i frekvencija. Intenzitet signala je proporcionalan broju spinova (jezgara) u vokselu. Intenzitet signala se izražava u skali svetlo-tamno i tako se dobija slika

nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

29

mri • Intenzitet mri signala zavisi od mnogih parametara, uklju uju i gustinu fotona, vremena relaksacije T1 i T2. Razna patološka stanja mogu biti uo ena pogodnim izborom pulsnih sekvenci B1. Karakteristike pulsne sekvenece su: vreme ponavljanja pulsa (TR), vreme od uklju ivanja pulsa do merenja signala (TE). Variranjem TR i TE stvaraju se razli iti kontrasti. nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

30

mri • Prednosti ove metode su izvanredna rezolucija bez upotrebe jonizuju eg zra enja. Ovom metodom se mogu odrediti sem oblika tkiva i izmene u njegovom sastavu. • Ne postoji štetan efekat. Jedino treba voditi ra una da ispitanici nemaju metalne predmete, na primer proteze. nuklearna magnetna rezonanca - vera gal

31