Post on 06-Feb-2018
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
Centro de Imagens e Espectroscopia In
Vivo por Ressonância Magnética
UNIVERSIDADEDE SÃO PAULO
Instituto de Física de São Carlos
Imagens e Espectroscopia por Ressonância Magnética no IFSC
Fernando F. Paiva
paiva@ifsc.usp.br 06/05/2016
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
1924 - Pauli sugere que partículas nucleares possuem momento angular (spin).
1937 – Rabi mede o momento angular do núcleo.
1944 – Rabi recebe o prêmio Nobel de Física.
1946 – Purcell demonstra que a matéria absorve energia na frequência de ressonância.
1946 – Bloch mostra que a precessão nuclear pode ser medida por bobinas detectoras.
1952 – Purcell e Bloch dividem o prêmio Nobel de Física.M R
1974 – Damadian patenteia a ideia de scanner para detecção de tecido maligno.
1959 – Singer mede fluxo sanguíneo utilizando NMR (em camundongos).
1973 – Lauterbur publica o método para gerar imagens utilizando gradientes de NMR.
1973 – Mansfield, independentemente, publica a abordagem de gradientes para NMR.
1975 – Ernst desenvolve a transformada de Fourier 2D para RM.
Scanners clínicos começam a se tornar prevalentes.
1985 – Reembolso por exames de RM começam a ser aprovados pelos convênios.
I
1990 – Ogawa e colaboradores propõem o método de fMRI utilizando contraste endógeno baseado na oxigenação sanguínea.
f
RM: L INHA DO TEMPO
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
� 1942: Isidor Isaac Rabi (Física)
Método ressonante para medida das propriedades magnéticas dos núcleos atômicos (1937)
PRÊMIOS NOBEL
� 1952: Felix Bloch e Edward Mills Purcell (Física)
Medidas precisas do magnetismo nuclear (1946)
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
� 1991: Richard R. Ernst (Química)
Espectroscopia de alta resolução por Ressonância Magnética (1966)
PRÊMIOS NOBEL
� 2003: Peter Mansfield e Paul C. Lauterbur (Medicina)
Imagens por Ressonância Magnética (1973)
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
� Primeira imagem 2D utilizando RM
UM POUCO DE HISTÓRIA: 1973
Lauterbur, P. C. Image Formation by Induced Local Interactions: Examples EmployingNuclear Magnetic Resonance. Nature 242, 190-191 (1973)
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEUM POUCO DE HISTÓRIA:POUCO MAIS DE 11 ANOS DEPOIS...
Primeira imagem no hemisfério sul
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
A primeira tentativa deobter uma imagem emhumanos. Dr. RaymondDamadian foi o primeirovoluntário.Dadas as dúvidas sobreos resultados, ele utilizouum monitor cardíaco e umde pressão.
UM POUCO DE HISTÓRIA:MARÇO DE 1977
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
A primeira tentativa bem sucedida de se obter uma imagem de RM humanos. Dr. Lawrence Minkoff foi o voluntário.
UM POUCO DE HISTÓRIA:JULHO DE 1977
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
A primeira imagem de RM obtida em humanos
UM POUCO DE HISTÓRIA…
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEUM POUCO DE HISTÓRIA…
... e 39 anos depois
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
- Prof. Horácio C. Panepucci
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
- Prof. Horácio C. Panepucci
- 1983: parte do grupo de RM começa a estudar e desenvolver técnicas de formação de imagens por RM (adaptação de um sistema utilizando um eletromagneto para obtenção de imagens);
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
- Prof. Horácio C. Panepucci
- 1983: parte do grupo de RM começa a estudar e desenvolver técnicas de formação de imagens por RM (adaptação de um sistema utilizando um eletromagneto para obtenção de imagens);
- 1984: a imagem do quiabo (primeira imagem por RM obtida no hemisfério sul);
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
- Prof. Horácio C. Panepucci
- 1983: parte do grupo de RM começa a estudar e desenvolver técnicas de formação de imagens por RM (adaptação de um sistema utilizando um eletromagneto para obtenção de imagens);
- 1984: a imagem do quiabo (primeira imagem por RM obtida no hemisfério sul);
- 1985: instalação do magneto supercondutor horizontal de 2.0T (30cm) => imagens de pequenos objetos e espectroscopia (Ex. frutas para aferição da qualidade –parceria com a Embrapa)
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
- 1990: o grupo de RM recebe um magneto resistivo de 0.05T para corpo inteiro => início do desenvolvimento de um sistema para humanos;
- 1992: ministro da saúde e presidente do CNPq inauguram o primeiro equipamento de imagens clínicas por RM inteiramente desenvolvido no Brasil (ToRM005);
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
- 1990: o grupo de RM recebe um magneto resistivo de 0.05T para corpo inteiro => início do desenvolvimento de um sistema para humanos;
- 1992: ministro da saúde e presidente do CNPq inauguram o primeiro equipamento de imagens clínicas por RM inteiramente desenvolvido no Brasil (ToRM005);
- 1993: a repercussão dos resultados e o impacto social estimulou a doação pela Faculdade de Medicina de Botucatu de um magneto de 0,5T para corpo inteiro;
- 1993-1998: O grupo desenvolve um sistema completo, baseado numa plataforma computacional flexível, com interface gráfica (apto a operar clinicamente em ambiente hospitalar)
O GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO GRUPO DE IMAGENS POR RM NO
IFSC: UM POUCO DE HISTÓRIA
- 1998: o sistema é instalado na Santa Casa de São Carlos e passa a atender a sociedade e a demanda do hospital;
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
Bobina de RF
Bobinas de Gradiente
Magneto
Scanner
Cama do Paciente
Paciente
Equipamento de RM
O EQUIPAMENTO DE RM
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLERM: CAMPO MAGNÉTICO PRINCIPAL
� Estado da arte:
� Sistemas clínicos: 0.1T – 3.0T
� Sistemas de animais: 2.0T – 11.7T
Curiosidades:1 Tesla = 10000 GaussCampo magnético da terra ~ 0.5 Gauss
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
5) Esses sinais são processados e dão origem a imagens
4) Antenas especiais captam esses sinais e os convertem eletronicamente
3) Após um tempo característico, τ, esta energia é reemitida
2) Os prótons, absorvem esta energia, pois estão em “ressonância” (mesma frequência)
1) Energia sob a forma de RF é transmitida aos prótons
RM EM 5 PASSOS
RF
1H
1H
RF
1H
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEIMAGENS POR RM
Clinicamente utilizada em uma grande variedade de especialidades
Mama
Abdômen
Coluna
Crânio
Coração
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG
- CIERMag: Centro de Imagens e Espectroscopia In Vivo por Ressonância Magnética
- Equipe permanente:- Prof. Alberto Tannús- Prof. Fernando Paiva- Eng. Edson Vidoto- Eng. Mateus Martins
- Algumas colaborações atuais:- Dr. Afonso C. Silva - National Institute of NeurologicalDisorders and Stroke (NINDS - NIH)- Prof. Peter Morris - Sir Peter Mansfield Magnetic ResonanceCenter (The University of Nottingham)- Prof. Carlos Garrido Salmon (FFCLRP – USP)- Prof. Sergio Mascarenhas (IEA – USP)- Prof. Luciene Covolan (UNIFESP)- Dr. Jorge Moll (Instituto D’Or de Pesquisa e Ensino)
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLENOSSA ABORDAGEM : “ PESQUISA
TRANSLACIONAL ”
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLENOSSA ABORDAGEM : “ PESQUISA
TRANSLACIONAL ”
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
� Estudos longitudinais sem necessidade de sacrifício com um rigoroso controle de condições experimentais.
� Monitorização de parâmetros fisiológicos sem necessidade de medidas invasivas.
POR QUE IMAGENS?
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
� Completamente não-invasiva;
� Diferentes mecanismos de contraste;
� Alto grau de contraste em tecidos moles;
� Alta resolução espacial (<1 mm);
� Razoável resolução temporal (~1s);
RM: ALGUMAS VANTAGENS …
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG
- Principais Linhas de Pesquisa:
- Instrumentação em RM;
- Desenvolvimento e implementação de metodologias de imagens e espectroscopia para estudos de sistemas biológicos;
- Processamento de sinais;
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG
- Principais Linhas de Pesquisa:
- Instrumentação em RM;
- Desenvolvimento e implementação de metodologias de imagens e espectroscopia para estudos de sistemas biológicos;
- Processamento de sinais;
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEBOBINAS DE TRANSMISSÃO : NOSSA
MELHOR ABORDAGEM
Circuito de Tuning & matching
“Double crosses” (outperforms) the equivalent Birdcage structure
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEBOBINAS DE RECEPÇÃO
Máscarapara
Anestésico Restritor de
Movimento
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEESPECTRÔMETRO DIGITAL
- Sistemas comerciais são muito caros e na maior parte dos casos não possuem nenhum tipo de flexibilidade;
- Nosso “sistema dos sonhos” seria algo que permitisse sonhar com um problema, implementar a metodologia pela manhã, realizar o experimento à tarde e ter o artigo à noite;
- Nossa experiência com os sistema disponíveis nos trazem, entretanto, uma série de frustrações;
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEESPECTRÔMETRO DIGITAL : KIT DE
DESENVOLVIMENTO
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEESPECTRÔMETRO DIGITAL : PERIFÉRICOS
Fast A/D and D/A converters
(85/125 MHz,2 Transmit/ receivers
for now)
Low speed external bus for Gradients
Gradients DACs (1us/point, 4
units)
High speed external bus/ external SDRAM
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG
- Principais Linhas de Pesquisa:
- Instrumentação em RM;
- Desenvolvimento e implementação de metodologias de imagens e espectroscopia para estudos de sistemas biológicos;
- Processamento de sinais;
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEASL: P RINCÍPIO BÁSICO
Controle Marcação
Perfusão
-
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
� Marcação – PLD – ACQ� TR/TE = 5115/38ms� Marcação = 4183ms� PLD = 350ms� NA = 32� Duração = 5’27’’
� Cálculo de CBF:
ctrllbl
lblctrl
TCBF
)12(1 −+−=
αλ
ctrl = imagem de controle;lbl = imagem obtida após marcação dos spins;
METODOLOGIA
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0 1 2 3 4 5 6
Potência (W)
Gra
u de
Mar
caçã
o
GRAU DE MARCAÇÃO
0
0
2
a
aa
M
MM −=α0.0 W
0.1 W
0.5 W
5.0 W
α = 75±2%
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEMAPAS DE CBF
CBF = 116±6ml/100g/min
� SE EPI:� TR/TE = 5000/48ms;� Marcação = 4538; PLD = 250;� FOV = 32 x 32mm2; Plano = 2mm;� Matriz = 128 x 128; NA = 32;
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
���� � �� ∆�� ��
� Marcação – PLD – ACQ� TR/TE = 5115/38ms� Marcação = 4183ms� PLD = 350ms� NA = 32� Duração = 5’27’’
� Seletividade:
METODOLOGIA
> −
δθ
2tan 1 zEP
<<<<
== ooL
ooR
090- ,
900 , ,tan
θδθδ
χθχδz
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLESD VS. SHR
Dominância na Região da ACA
SD (N=6) SHR (N=6)
Esq. 4 2
Dir. 1 1 *
Alt. Dir. Esq. 1 1
Simétrica 0 2 *
Nor
mot
enso
Hip
erte
nso
ACA: Dir.
ACA: Simétrica
ACA: Esq.
ACA: Simétrica; Talâmica: Dir.
* Animais que apresentaram lateralização na região da artéria talâmica
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
���� � �� ∆�� ��
� Marcação – PLD – ACQ� TR/TE = 5000/13.2ms� Marcação = 3000ms� PLD = 1200ms� NA = 25� Duração = 4’10’’
� Seletividade:
METODOLOGIA
> −
δθ
2tan 1 zEP
<<<<
== ooL
ooR
090- ,
900 , ,tan
θδθδ
χθχδz
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE
� LP: circ. esquerda + posterior� RP: circ. direita + posterior� POST: circ. posterior� LICA: ICA esquerda� RICA: ICA direita POSTRPRICA
POSTLPLICA
−=−=
2
RPLPRPLPPOST
−−+=
Min et al, J. Neurol. Sci. (2007); Park et al, J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry (2006);
� Cuidados: 25% da população saudável tem hipoplasia ou aplasia da artéria vertebral
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEASL: APLICAÇÕES EM PATOLOGIAS
� Tumores intracranianos
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG
- Principais Linhas de Pesquisa:
- Instrumentação em RM;
- Desenvolvimento e implementação de metodologias de imagens e espectroscopia para estudos de sistemas biológicos;
- Processamento de sinais;
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEESPECTROSCOPIA POR RM
� Krylov Basis Diagonalization Method
� Principais objetivos:
� Estabelecer uma ferramenta robusta que possibilite o processamento de dados clínicos de MRS;
� Processamento de dados de espectroscopia funcional;
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEOUTROS ESTUDOS APLICADOS DE
PROCESSAMENTO DE SINAIS
� Métodos quantitativos de MRI: aplicações in vivo
� Quantificação de gordura no fígado (spectral modeling)
� Quantificação de tecido não contrátil no músculo
CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLEO CIERMAG: POSSIBILIDADES
Estamos sempre em busca de alunos altamente motivados que pretendam
trabalhar em uma área de alto impacto com interfaces bastante
multidisciplinares.
Centro de Imagens e Espectroscopia In
Vivo por Ressonância Magnética
UNIVERSIDADEDE SÃO PAULO
Instituto de Física de São Carlos
Fernando F. Paiva paiva@ifsc.usp.br
OBRIGADO !!!