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BC 1317: Fenômenos Ondulatórios, UFABC (2011.3)

Ressonância Magnética: Introdução teórica e aplicações
WELLINGTON DOS REIS LUCENA1,*
1 *

Universidade Federal do ABC (UFABC), 09210-170, Santo André, SP, Brasil wellington.lucena@ufabc.aluno.edu.br

Resumo: A Ressonância Magnética é uma técnica em crescente desenvolvimento e com diversas aplicações. Muitas áreas tem se beneficiado dosavanços tecnológicos dela. Este artigo visa explorar de forma introdutória e simplificada a física por trás da Ressonância Magnética e algumas de suas diversas aplicações que ajudam muitos estudos científicos e tecnológicos atualmente. Palavras-chave: Ressonância Magnética, freqüência de precessão, relaxamento longitudinal e transversal.

1. Introdução
“Fenômenos de ressonância ocorrem em váriossistemas físicos. Sempre que um sistema apresentar freqüências naturais de vibração, ele pode ser excitado pela ação de um agente externo que esteja em ressonância com aquelas vibrações naturais.”1 A Ressonância Magnética (RM) é um fenômeno físico estudado há cerca de 50 anos. Consiste da troca de energia entre força periódica (ondas eletromagnéticas) e corpos em movimento. A condição para queaconteça o fenômeno da Ressonância é que a freqüência das ondas eletromagnéticas seja exatamente igual à freqüência de movimentos dos corpos.2 A técnica possui várias aplicações nas áreas da física, biologia e química. Fundamenta-se em três etapas: alinhamento, excitação e detecção de radiofreqüência. Neste artigo será apresentado, de forma introdutória e simplificada, como é realizado a RessonânciaMagnética, e algumas de suas aplicações. Para isso, será abordado inicialmente, o processo de obtenção de imagens por RM na medicina, onde a técnica é mais comum.

2. O Spin
Além da massa e carga, descobriu-se mais uma propriedade elementar das partículas, o spin. As partículas, como o elétron, possuiem um momento magnético, que é interpretado como conseqüência do movimento giratório dessa partículaem torno do próprio eixo ou, mais precisamente, do momento angular intrínseco, chamado spin. Este é quantizado, só pode ser múltiplos inteiros de ½.3 O campo criado gera um dipolo magnético conforme ilustra a Figura 1.

Figura 1: Spin gerando dipolo magnético

O Momento angular do núcleo é causado pela desigualdade entre prótons e elétrons no átomo, algo comum no espaço. A magnitude do dipologerado pode ser expressa pela Equação 1:

(1)
Onde µ é uma grandeza vetorial proporcional a I (número quântico de spin) sendo gama a constante de proporcionalidade chamada de

constante magnetogírica que é característica de cada núcleo. De acordo com esta fórmula podemos observar que núcleos atômicos com I=0 não terão momento magnético nuclear. Assim C12 e O16 estão entre os grupos denuclídeos que não podem ser observados em RM.4 Núcleos como 1H, 13C, 19F 31P podem ser considerados como pequeníssimos imãs, sem orientação preferida na ausência de um campo magnético e apresentam µ=1/2 sendo os mais estudados em RM.4 Na ausência de um campo magnético os núcleos estariam girando ao acaso conforme ilustra a Figura 2:

magnético, os prótons de hidrogênio apontam tanto paralelamentequanto antiparalelamente ao campo. As duas orientações representam dois níveis de energia que o próton pode ocupar: o nível de baixa energia (alinhamento paralelo) e o nível de maior energia (alinhamento antiparalelo)”, como mostra a Figura 3.6 No modelo quântico, um dipolo nuclear somente pode ter 2I+1 orientações com o campo, correspondendo a 2I+1 níveis de energia. O próton de hidrogênio (I=1/2)possui duas possíveis orientações, que correspondem aos níveis de baixa e alta energia.6 Quando o momento magnético µ é µ=1/2 ele é alinhado ao campo magnético externo. É o estado de energia mais baixo (orientação energeticamente preferida), já para µ=-1/2, o momento angular está antiparalelo ao campo externo e tem energia maior.5

Figura 2: Spins nucleares em sentidos aleatórios

Essa...
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