REZONANTA MAGNETICARezonana magnetic este o metod de cercetare care se ocup cu studiul interaciei momentelor magnetice nucleare i electronice cu cmpuri electrice i magnetice i cu tranziiile care au loc ntre nivelele de energie rezultate din aceste interacii. 1. Rezonana paramagnetic electronic (RPE) - momentul magnetic electronic de spin plus orbital; 2. Rezonana electronic de spin (RES) - momentul magnetic de spin; 3. Rezonana magnetic nuclear (RMN) - momentul magnetic nuclear; 4. Rezonanta magnetica cuadrupolar (RNQ) - RMN n cmp magnetic zero, ce analizeaz momentul magnetic nuclear cuadrupolar. Prima experien de mare succes de rezonan magnetic a fost experiena paramagnetic electronic efectuat de Zavoiski n anul 1944 nURSS. Ea a fost urmat de experimentele de rezonan magnetic nuclear ale lui Ourcell, Pound i Torrey la Harvard i de Bloch, Hansen i Packard la Stanford n anul 1946 n SUA. n Romnia, acad. I. Ursu a dezvoltat o puternic coal de spectroscopie magnetic care se manifest acum n toate centrele universitare i de cercetare din ar. IMAGISTICA PRIN REZONAN MAGNETIC (RM) Ce este RM? Rezonana Magnetic reprezint tehnica imagistic medical cea mai complex, neinvaziv folosit pentru vizualizarea structurilor interne n detaliu i n unele cazuri funcionarea corpului uman, care a dus la mbuntirea substanial a medicinii moderne prin furnizarea unui diagnostic precis pentru o gam larg de boli. Imagistica prin rezonan magnetic folosete un cmp electromagnetic puternic i valuri de radiofrecvena pentru a produce imagini ale diferitelor planuri anatomice. Principiul tehnic al acestei metode const n stimularea de protoni de hidrogen din diferite organe, cu unde de radiofrecvena, urmat de relaxarea acestora, moment n care se emite un semnal care este detectabil prin scaner i transformat n imagini. Datorita acestui principiu, rezonana magnetic permite examinarea cu mare acuratee a structurilor organismului n diverse planuri. Imagistica prin Rezonana Magnetic este extrem de precis n diferenierea tipurilor de esut, i ofer posibilitatea unui diagnostic mult mai clar al afectrii esuturilor moi (care intra n compoziia organelor, creierului, muchilor, articulaiilor), dect o face computer tomografia sau ecografia. Care sunt cele mai comune utilizri ale RM? Pn n prezent RM este cea mai bun tehnic pentru diferentierea esuturilor normale de cele patologice din corpul omenesc, depind cu mult ecografia i chiar tomografia computerizat. Orice regiune a corpului, este accesibil examinrii. Principalele aplicaii ale metodei n medicina uman sunt cele de diagnostic, orientare a tratamentului i urmrire n timp. Pentru a cunoate toate indicaiile clik aici .

Rezonana magnetic este folosit pentru studierea afeciunilor localizate la nivelul capului, gtului, toracelui, abdomenului, bazinului, vaselor, glandelor mamare i scheletului osos. IMAGISTICA DE REZONANTA MAGNETICA Imagistica RMN (IRM) are ca scop realizarea imaginii bidimensionale dintr-o anumita sectiune a corpului din care e posibila obtinerea unei imagini tridimensionale, pornind de la un numar mare de sectiuni ori chiar a unei inregistrari tridimensionale, a raspunsului tesuturilor la un semnal magnetic ce induce RMN a protonilor, oferind in felul acesta informatii privind starea fiziologica sau patologica a tesuturilor. Parametrii masurabili care mijlocesc aceste informatii sunt densitatea de protoni si timpii de relaxare (T1 si T2). Primul parametru (densitatea de protoni) este, evident, legat de hidratarea tesuturilor, iar ceilalti doi depind de starea apei in tesuturi (apa libera, apa legata), deci de interactiunea ei cu moleculele biologice. Se observa ca, spre deosebire de alte molecule imagistice in care se inregistreaza un singur parametru, radiatia transmisa, pentru razele x, radiatia reflectata, in ecografie, ori gradul de fixare in tesuturi, in cazul scintigrafiei, imaginile RMN pot inregistra 3 parametrii, ceea ce inseamna o mai mare flexibilitate si o cantitate mai mare de informatie, dar si o complexitate sporita atat a aparaturii cat si a protocoalelor de lucru deci necesita o reglare mai fina a parametrilor functie de ceea ce se urmareste. In plus, prelucrarea raspunsului pentru obtinerea imaginii e si ea mai complexa. Marele avantaj al imagisticii RMN este faptul ca nu utilizeaza radiatii ionizante (X sau ), deci nocivitatea este incomparabil mai mica. Imaginea se obtine, ca si in cazul altor forme de imagistica, prin diferenta intensitatii semnalului inregistrat in zone alaturate, corespunzand unor caracteristici diferite. Deci problema care se pune e convertirea variatiei parametrilor inregistrati in modificari ale intensitatii semnalului. In ceea ce priveste concentratia protonilor, chestiunea e relativ simpla, dat fiind ca amplitudinea semnalului de RF de relaxare creste monoton cu aceasta. Pentru timpii de relaxare, intensitatea semnalului depinde de momentul in care se inregistreaza raspunsul si de frecventa stimulilor de excitare. In functie de acestea exista mai multe regimuri de functionare, dand evident informatii diferite. Pentru imbunatatirea contrastului se folosesc si agenti de contrast. Acestia sunt, in general, materiale paramagnetice, substante cu electroni nepereche; ele au o susceptibilitate magnetica ridicata, ceea ce duce la o distorsiune locala a campului magnetic si deci la modificarea timpilor de relaxare. IMAGISTICA DE REZONANTA MAGNETICA NUCLEARA O particul n micare de rotaie e caracterizat de un moment cinetic (L), vector perpendicular pe planul traiedtoriei, dependent de masa i viteza particulei i raza traiectoriei, deci descrie caracteristicile micrii: L~mvr. O sarcin electric n micare este influenat de un cmp magnetic, deci se comport ca un mic magnet, caracterizat printr-un moment magnetic. Momentul magnetic e tot un vector perpendicular pe planul traiectoriei, sensul depinnzd de semnul sarcinii.

L

S S

dr S

-

e

me +

e

mp c.

a.

b.

Momentul cinetic i momentul magnetic a. Momentul cinetic i momentul cinetic de spin al unui electron; b. Momentul cinetic de spin i momentul magnetic de spin al unui electron; c. Momentul cinetic de spin i momentul magnetic de spin al unui proton; L = momentul cinetic orbital al electronului; v = viteza; r = raza orbitei; S = momentul cinetic de spin; = momentul magnetic de spin; e = sarcina elementar; me, mp = masa electronului, respectiv a protonului

Electronul are un moment cinetic i, respectiv, un moment magnetic orbital, corespunztor rotaiei n jurul nucleului, dar i un moment cinetic i, respectiv, un moment magnetic de spin. Acestea din urm ar putea fi interpretate intuitiv ca fiind corespunztoare unei micri de rotaie n jurul propriei axe. n mecanica cuantic, momentul cinetic de spin sau spinul (S) e cuantificat, depinznd de numrul cuantic de spin (s), S = s = h s , ce poate lua valorile 2 s = 2 . 1

Momentul magnetic

corespunztor (de spin) are valoarea: h = gS = g s ; []=J/T 2 unde: =e/2m=raport giromagnetic; g=factorul lui Land, constant ce depinde de natura particulei; h=constanta lui Plank; S=moment cinetic de spin; s=munr cuantic de spin, s=1/2,-1/2. Momentul magnetic se msoar n joule/tesla (J/T).

Mrimea B=h/2=he/4me se numete magnetonul lui Bohr (me=masa electronului) se poate considera o cuant de moment magnetic. n mod similar protonul are i el moment magnetic de spin. Se definete magnetonul nuclear, N=hN/2=he/4mp, n care s-a nlocuit masa electronului cu a protonului (mp); N este raportul giromagnetic al protonului. Magnetonul nuclear e cu trei ordine de marime mai mic dect magnetonul lui Bohr deoarece masa protonului este mai mare. Se constat i se demonstreaz n mecanica cuantic faptul, inexplicabil n cadrul mecanicii clasice, ca neutronul, dei neutru, are totui un moment magnetic de spin, egal cu al protonului. Ca i n cazul electronului,

nucleolii se asociaz in perechi de spin opus (+1/2 i 1/2), astfel nct pentru un numr par, spinil total e nul. Pentru un nucleu, cuprinznd un numr Z de protoni i A-Z neutroni, momentul magnetic de spin total se obine prin nsumarea momentelor corespunztoare protonilor i, respectiv, neutronilor. Sunt posibile trei cazuri: att protonii ct i neutronii sunt n numr par (A i Z pare); rezult un spin nul; numrul de mas (A) e impar, deci fie protunii, fie neutronii, sunt n numr impar; rezult un spin semintreg (+1/2 sau 1/2); A e par i Z impar, ceea ce nseamn c att protonii ct i neutronii sunt n numr impar; spinil este ntreg (1), deoarece spinul semintreg rezultat pentru fiecare tip de nucleoni n parte se adun, dnd 1. Dac o particul, avnd un moment magnetic nenul, e plasat n cmp magnetic (B), asupra ei se exercit un cuplu de fore, ceea ce imprim o micare de precesie, precesia Larmour, avnd ca ax direcia cmpului magnetic, n urma creia se va orienta pe direcia lui B. E o micare similar cu a unui titirez. Viteza unghiular (L) i, respectiv, frecvena (L) micrii de presesie sunt date de relaiile: L=gB; L=L/2=g(/2)B. nmulind frecvena cu constanta lui Plank, se regsete expresia magnetonului. Deci hL=g(h/2)B=gBB pentru electron Np B=0 B0

NpNivelele energetice ale protonului B = inducia cmpului magnetic ; Np,Na = nr de protoni cu orientare paralele i respectiv antiparalel; = diferena dintre nivelele energetice.

hL=gN(Nh/2)B=gNNB pentru un proton.

B

B

L

Micarea de precesie a protonului n cmp magnetic B = inducia cmpului magnetic; = momentul magnetic; L = viteza unghiular a precesiei Larmour; = unghiul format de momentul magnetic i inducia cmpului magnetic

Deci L, frecvena Larmoure a protonului, e proporional cu inducia cmpului magnetic i cu magnetonul nuclear. Ea este de ordinul MHz, aadar n domeniul de radiofrecven. Dac o particul avnd un moment magnetic se plaseaz ntr-un cmp magnetic uniform de inducie B, ea va avea o energie potenial =-B=-gNNBs. Comparnd aceast relaie cu expresia frecvenei Larmoure, rezult c la o variaie a numrului cuantic de spin cu 1 unitate (ntre 1/2 i +1/2), energia variaz cu =hL. Deci ntr-un cmp magnetic, protonul se poate afla n dou stri energetice, cea mai joas corespunznd spinului +1/2. Cele dou stri reprezint o orientare paralel (p), respectiv, antiparalel (a), cu direcia cmpului. La echilibru, ntr-o populaie de protoni, repartiia pe cele dou nivele este dat de relaia lui Boltzmann:

Np Na

=e

hB 2 kT

, n care:

Np i Na reprezint numrul de protoni aflai pe cele dou nivele (paralel, respectiv antiparalel). B=inducia cmpului magnetic; k=constanta lui Boltzmann; h=constanta lui Plank; T=temperatura absolut. Raportul are o valoare puin mai mare dect 1, deci pe nivelul fundamental se afl mai puini protoni. n consecin, la echilibru, N rezultant e paralel cu inducia cmpului magnetic (B). Pentru ca un proton s treac de pe nivelul fundamental pe nivelul excitat, trebuie s i se furnizeze o energie egal cu . Deci el poate absorbi o radiaie electromagnetic de frecven egal cu frecvena Larmoure; este frecvena de rezonan. Sup cum reiese din relaiile de mai sus, aceast frecven e proporional cu inducia cmpului magnetic B.

Bibliografie:Al. Nicula - Rezonana magnetic I.G. Murgulescu, J. Pun Introducere n chimia fizic vol I,3 Nucleul atomic. Reacii nucleare. Particule elementare Editura Academiei RSR, Bucureti 1982 I.G. Murgulescu, V. Em. Sahini Introducere n chimia fizic vol I,2 Sructura i proprietile moleculelor Editura Academiei RSR, Bucureti 1978. Rezonanta magnetica - Wikipedia

Rusen Irina 12A