Imagem por ressonância magnética

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1 Imagem por ressonância Aula 38 Histórico Descoberta das propriedades s nucleares: Isidor Isaac Rabi (prêmio Nobel de Física no ano de 1944) Impulso para vários estudos na área de espectroscopia LPV ANÁLISE DE IMAGENS DE SEMENTES E PLÂNTULAS Programa de pós-graduação em Fitotecnia Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz Francisco G Gomes-Junior Permitida a cópia desde que citada a fonte. A reprodução não autorizada desta publicação, no todo ou em parte, constitui violação de direitos autorais, sob pena da Lei nº 9.610, de 19 de fevereiro de 1998 Dois grupos, sendo um coordenado por Edward Mills Purcell que estudava sólidos na Universidade de Harvard, e outro coordenado por Felix Bloch que estudava líquidos na Universidade de Stanford: novos métodos para medidas precisas do fenômeno de ressonância (Purcell e Bloch compartilharam o Prêmio Nobel de Física do ano de 1952) Paul Lauterbur da Universidade de Illinois e Peter Mansfield da Universidade de Nottingham, sugeriram a utilização da RMN para a criação de imagens Primeiras imagens RMN foram geradas por Lauterbur no ano de 1972 Prêmio Nobel de Medicina concedido recentemente a estes pesquisadores no ano de 2003 Prêmio Nobel de Medicina 2003 Imagens por ressonância Sir Peter Mansfield Resonance Magnetic Centre (The University of Nottingham, UK) Fonte: Google Propriedades da IRM Método não invasivo Informações sobre o estado químico e físico dos materiais Informações sobre o estado fisiológico e as condições de metabolismo em sistemas biológicos Não emprega radiação ionizante e não exige o uso de meios de contraste Diferencia claramente cada tipo de tecido mole, mesmo que estes tecidos tenham a mesma densidade, quando seus estados fisiológicos diferem entre si Princípio Se baseia na aplicação de ondas de radiofrequência que interagem com o momento magnético dos átomos de hidrogênio dos tecidos para produzir imagens Imagem por ressonância (IRM) Formada exclusivamente pela interação entre certos núcleos presentes no objeto de estudo e um campo magnético externo O núcleos úteis para IRM devem possuir duas propriedades fundamentais para a ocorrência do fenômeno de ressonância : Momento angular intrínseco ou spin Momento magnético permanente Elemento Abundância (%) Razão Giro (MHz/T) 1 H 99,98 42,58 13 C 1,11 10,71 15 N 0,37 4,31 19 F ,05 31 P ,23 Alguns núcleos com spin 1/2, úteis para RMN 1

2 Spin e momento magnético do átomo de hidrogênio 1) Próton de hidrogênio como uma pequena esfera 2) Possui movimento de giro, ou spin, em torno do seu próprio eixo 3) É uma partícula carregada positivamente 4) Possui campo magnético próprio ao seu redor 5) Comporta-se como um imã com momento magnético (µ) associado Prótons de hidrogênio sob ação do campo magnético externo Spins que se encontram no estado de mais alta energia = antiparalelo ao campo Spins que se encontram no estado de mais baixa energia = paralelo ao campo 85,2 MHz Campo magnético externo B 0 = 2 tesla frequência de excitação que promoverá a transição entre os estados energéticos dos núcleos de hidrogênio (free induction decay) Movimento de precessão nuclear na presença de um campo magnético externo Sinal característico observado em um experimento de RMN, resultado de uma força eletromotriz induzida na bobina receptora Tomografia por ressonância A tomografia por ressonância utiliza fortíssimos campos magnéticos e ondas de rádio para formar imagens de uma amostra São utilizados os pulsos de radiofrequência direcionados somente ao hidrogênio contido na amostra O excesso de energia liberado pelos prótons de hidrogênio quando o pulso de radiofrequência é desligado emite um sinal de uma bobina para o computador Por meio de cálculos matemáticos os sinais são transformados em uma imagem Equipamentos de ressonância 2

3 Corte de um equipamento de ressonância Armazenamento de lipídios identificado por IRM em sementes de frutos secos Amendoim Pinhão-manso Castanha Fonte: Google Borisjuk et al. (2013) IRM em vagem e semente de canola IRM de semente de soja Imagem de intensidade de sinal de lipídio (b) em duas secções tangenciais no meio e base do embrião (c) Borisjuk et al. (2005) Borisjuk et al. (2013) IRM de semente de algodão Deposição de lipídios no interior da semente de algodão Bobinas transmissoras/receptoras desenvolvidas pela equipe do CIERMag (IFSC/USP) para análise de sementes Semente de soja Semente de milho Horn et al. (2012) Imagem: Francisco G Gomes Junior 3

4 Comparações entre raios X e IRM: identificação de tecidos deteriorados em sementes de soja Sinal observado pela presença de lipídios e da em sementes (antes e após a secagem) Raios X lipídios lipídios IRM Raios X IRM Fonte: Francisco G Gomes Junior Antes Depois Antes Depois IRM de sementes de soja hidratadas IRM de sementes de milho hidratadas Eixo embrionário Plúmula Escutelo Nervuras de tonalidade hiperintensa: sinal IRM correspondente à Região com baixo sinal: tecido deteriorado Radícula Imagens: Francisco G Gomes Junior Maior concentração de na parte externa do cotilédone Pericarpo Imagens: Francisco G Gomes Junior Endosperma Avaliação da maturação de sementes Colza Brassica napus Identificação de fungos em sementes de trigo Maturação Semente de trigo não infectada Semente de trigo infectada por Köckenberger et al. (2004) Maturidade fisiológica Penicillium aurantiogrisium Köckenberger et al. (2004) 4

5 Monitoramento da hidratação de sementes de soja Monitoramento da secagem de sementes de cevada 5 min 2 h 5 min 5 h 5 min 6 h 5 min 8 h 5 min 11 h 5 min 12 h 5 min 17 h 5 min Koizumi et al. (2008) Seefeldt et al. (2007) 5