2. ĠKĠNCĠ BÖLÜM ĠNOVASYON
2.6. Ġnovasyon Süreci
80
t
~I
-
-
Fig. 3.26 Tubo de quartzo corn dois capilares dentro - vista
longitudinal
detalhes na irnagern.
4,0
30
TUBO DE
QUARTZO
Fig. 3.27 Tuba de quartza com dois capilares - vista transversal.
TUBO DE QUARTZO
Fig. 3.28 Tubo de quartzo com capilar fora do centro - vista transversal.
da amostra e importante porque a realiza9ao do experimento de DNP, depende da concentra9ao do material paramagnetico na solu9ao(3,S).
a sua localiza9ao pode se tornar dificil se 0 numero de spins for
TUBO DE QUARTZO BOBINAS
\
SUPORTE DA AMOSTRA, TUBO DE AcR1uco CAVIDADE DE RPEse m = 0,003445 g. Para 10 ~l de solu~ao pode-se estimar 0 numero
de moleculas uma vez que agora a massa e de 3.44 x 10-6 g. Como
, r::.
1,2 x 10L~ moleculas ou spins por grama.
- Verifica~ao experirnental1:
o
metoda esco1hido para a determina~ao do nurnero de spins foi o do padrao secundario(58/59) usando a tecnica de RPE. Esse metodo uti1iza urn padrao que permanece fixo na cavidade durante 0experimento e nao interfere no sinal de RPE desejado.
°
padrao disponivel no laborat6rio e 0 rubi sintetico (A120 3)que contem cerca de 5% de Cr3+. Este padrao e ca1ibrado contra urn
outro padrao de nurnero de spins conhecido, 0 qual e medido na mesma
posi9ao da cavidade em que ficara a arnostra desconhecida
(TEMPOL).
o
padrao com numero de spins conhecido usado foi 0 "pitch" KCl davarian, com No igual a 1013 spins/ern.
o nurnero de spins sera proporcional
a
area da curva obtida no espectro de RPE ee
dado por(58)K = No
Ir Mp Gp
I
p M r ( 4 Hp)2 Gr
ganho e ~H a largura de linha. Os indices a , r e p sac para
arnostra, rubi e "pitch" respectivarnente, e No
=
1013 spins/ern.Urna quantidade de TEMPOL de 0,0034 9 foi dissolvida ern10 rnl de agua destilada. Ern seguida 10 ~l desta solu9aO forarn pipetados e transferidos para urn capilar de quartzo para ser coloeado na eavidade do espectrornetro de RPE. As rnedidas forarn feitas no
88
rubi foi colocado dentro da cavidade pela abertura inferior e ficou fixe nesta posi~ao durante as medidas. Em seguida foi registrado e espectro de RPE de cada urn deles. 0 "pitch"
tern urn linha
de
ressonancia em torno de 3180 G e 0 rubi em 5150 G para uma
frequencia de 8,98
GHz.
Todos os demais parametros como: freqtiencia e amplitude de modula~ao, tempo e amplitude de varredura, constante de tempo e ganho foram anotados. Estes espectros estao mostrados na fig. 3.30.o
proximo passo foi substituir 0 "picth" pela amostra de 10~l de TEMPOL. 0 espectro obtido apresenta tres linhas para urnvalor de campo central de 3192 G. 0 espectro do rubi foi novamente
registrado e ambos espectros podem ser vistos na fig. 3.31.
A partir dos espectros registrados em papel foram feitas as
medidas de intensidade e largura de linha. Estes valores, mais os valores da amplitude de modulac;:aoe ganho, foram colocados nas equac;:oes10 e 11 fornecendo para N 0 valor 7,7 x 1017 spins/g.
o valor encontrado experimentalmente difere urnpouco do valor calculado, e essa diferenc;:apode ser devida a varios fatores tais como: imprecisao na pesagem do TEMPOLj grau de pureza do TEMPOL; imprecisao na medida do volume da amostra; dificuldade de se medir com precisao a quantidade de "pitch" dentro da cavidadej alterac;:ao nas condic;:oesda cavidade quando se tira 0 "picth" e se coloca 0
TEMPOL e imprecisao nas medidas sobre os registros graficos. Todavia, se observadas as condic;:oesacima, essa metolologia e relativamente facil de ser usada e fornece a ordem de grandeza do numero de spins.
Conforme visto no Cap. II, as equac;:oes2.4 e 2.13 estabelecem a condic;:aode ressonancia para se observar urnsinal de ressonancia magnetica. Como a frequencia do transmissor do espectrometro de RMN
o
5120 ~.t
190 703140
G -
50 ~
V RUB/(pitch na cavidade) 5180 5210~H
(G) G - 5 f.iVPITCH (rubi na cavidade)
3164
3188
3212
50
jJ.;
V
RUBI(tempoL no covidode)o
5120
5180
5210
~H
(G) T.E.M.P.O.L.
?180
G
=
2 0 J , l V • ~'-
Q) ~ d ~'r;;
120
~ l::\) 0;..> ~.~
2mM
60
3140
3164
3188
3212
3236
~H
(G)foi fixada em 14,0 MHz, para se obter urn sinal de RMN de uma
amostra aquosa, a eq. 3.2 fornece 0 valor de campo magnetico
estatico que deve ficar em torno de 3.288 G. Com esse valor de campo fixo, procurou-se localizar uma das linhas do espectro de RPE do TEMPOL, variando-se a frequencia do klystron e, concomitantemente, sintonizando-se a cavidade de
RPE
e
toda a ponte de microonda, para aquela frequencia. Por isto,a
cavidade de RPE tinha que ter a sintonia e acoplamento ajustaveis.Em linhas gerais a realizac;ao do experimento de DNP, com objetivo de se obter aumento no sinal de RMN, consistiu em sintonizar a frequencia da microonda no centro de uma das
linhas
de RPE do TEMPOL, mantendo-se 0 campo magnetico estatico fixo novalor proximo a 3.288 G. Em seguida, a amostra foi irradiada com a potencia maxima de microonda disponivel, enquanto simultaneamente o sinal de RMN (FID) era observado. Os sinais de RMN foram digitalizados e transferidos para 0 microcomputador atraves da
interface.
Para a obten<;:aode imagens, foi aplicado urn gradiente de campo magnetico na dire<;:aodo campo magnetico estatico e 0 motor
de passos era acionado para girar a amostra em intervalos regulares e previamente selecionados, enquanto 0 sinal de RMN era adquirido.
Os experimentos foram efetuados primeiro com a microonda desligada e depois com a microonda Iigada , mas pulsando para evitar 0
aquecimento e evapora<;:ao da amostra, conforme explicado anteriormente.
Muitas foram as dificuldades enfrentadas na prepara<;:aoe realiza<;:aodos experimentos relatados, onde e necessaria a opera<;:ao simultanea dos dois espectrometros sincronizados com 0 sistema de
aquisi<;:aode dados, com 0 controle do motor de passos, com os "PIN
MODULATORS" e com 0 campo magnetico fixe em uma das linhas de RPE
do TEMPOL e na ressonancia dos protons da agua.
Entretanto cabe aqui ressal tar que 0 principal problema
encontrado foi a instabilidade do valor do campo magnetico estatico ao longo do tempo de aquisi<;:aode dados. As varia<;:5esno valor do
92 campo causam uma dispersao na frequencia do sinal de RMN induzido na bobina (FID), 0 que afeta significativamente a qualidade da imagem obtida, conforme sera visto no Cap. IV. As causas dessa instabilidade sac devidas ao controlador do campo magnetico estatico do eletroima, varian "Fieldial Mark II", que controla 0
campo atraves de urn sensor de efeito Hall. Esse equipamento tern mais de 23 anos de uso e foi por diversas vezes aberto para ser
consertado, regulado, calibrado e muitos componentes foram trocados visando melhorar a estabilidade do eletroima. Todavia, os resultados apresentados no Cap. V mostram que apesar desses problemas, a transferencia de polarizacao eletron-nucleo foi
conseguida e imagens foram obtidas.
A teoria sobre DNP requer que a transic;:aoeletronica do soluto paramagnetico seja saturada enquanto 0 sinal de RMN do
solvente e observado. Entretanto nada e explicado sobre quanto tempo a amostra dever ser irradiada. Alguns autores(3,lO) sugerem que a amostra seja irradiada por 1 s e ap6s este tempo e aplicado o pulse de RF. Para 0 caso do presente trabalho foi realizado urn
experimento para se determinar 0 tempo ideal de irradiac;:aoda
amostra antes da aplicac;:aodo pulse de RF. Uma amostra de 5 ~l de soluc;:ao2,2 roM de agua + TEMPOL foi colocada na cavidade de RPE e os experimentos foram conduzidos conforme 0 seguinte esquema: 0
gerador de pulsos foi ajustado para que os "PIN MODULATORS" fossem acionados de forma a deixar a microonda 1igada por 0,9 s e
desligada por outro perfodo igual. 0 pulse de RF de rr/2 foi aplicado a partir 0,4 s do instante em que a microonda era ligada,
e a amplitude do sinal de RMN (FID) medida. Em seguida 0
experimento foi repetido incrementando-se 0 tempo do fnicio do
0 , 9 s
-I
[ -
- - - -- - - l i g a d a m i c r o o n d a d e s l i g a d a-I
- - - ~ - o - o - - - p u l s o d eR F(1t/2) 1 0A (
u . a . ) 9 8 7 6 5 4 3 2 0 , 1 0 , 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 , 7 0 , 8 0 , 9 1 , 0 1 , 1 1 , 2 1 , 3 1 , 4 1 . 5 1 , 6 t ( s )Fig. 3.33 Amplitude do sinal de RMN em fun9ao da posi9ao do pulse de RF.
raz5es experimentais foi escolhido 0 tempo de 0,9 s para a dura9ao
do pulse de microonda, 0 que concorda com dados da literatura(lO)
94
ligada por 1 s. Dessa forma esse protocolo foi seguido durante os experimentos de DNP e nenhum aquecimento ou evapora~ao da amostra
foi observado.
o diagrama de blocos mostrado na fig. 3.34 ilustra a montagem completa usada na realiza~ao dos experimentos de DNP.
FONTE 00 ELETIlOIMA
r---,
I I I I I I I I I I I --- I __________________________________ JFig. 3.34 Diagrama de blocos da montagem completa do
96
CAPITULO IV: GERA~AO DE IMAGENS POR RETROPROJE~AO E "SOFTWARES"
Este capitulo trata do processo de gera9ao de imagens por retroproje9ao e dos "softwares" usados. Como os primeiros trabalhos
a respeito da tecnica de Tomografia por Ressonancia Magnetica
(TORM) surgiram em 1973, a literatura publicada sobre 0 assunto
desde entao e extensa. Outras informa90es e detalhes sobre TORM
podem ser vistas nas referencias 30, 34, 46, 49, 50 e 51. Portanto,
a descri9ao a seguir e urnbreve resume da tecnica de retroproje9ao
usada nesta tese para a gera9ao das imagens, as quais estao
apresentadas no Cap. V.
Sao tambem descritos os "softwares" desenvolvidos e
modificados para aquisi9ao de dados e para reconstru9ao de imagens.
Urn dos grandes anseios da medicina e poder observar 0
interior do corpo humane atraves de metodos nao invasivos.
Recentemente, grande parte dessa necessidade foi satisfeita pelo
desenvolvimento da Tomografia Axial Computadorizada de raios-X
(TAC), ou CT (de "Computed Tomography"). Esta tecnica utiliza a
absor9ao diferencial dos raios-X pelos diferentes tecidos, medida
segundo muitas dire90es diferentes, de modo a poder reconstruir
matematicamente imagens bidimensionais de sec90es escolhidas de
qualquer parte do corpo. Embora a TAC tenha provado ser urn
instrumento de diagn6stico extremamente util, apresenta alguns
inconvenientes: a) as imagens obtidas sac fundamentalmente
anatomicas, sem muitas informa90es sobre 0 estado fisio16gico dos
orgaos internosi b) algumas patologias ternpropriedades de absor9ao
de raios-X muito semelhantes as dos tecidos circundantes,
dificultando sua identifica9aoi c) os raios-X, mesmo em pequenas
altera~oes fisio16gicas aos tecidos.
o desenvolvimento da
TORM
contribuiu para suprir algumas lacunas da TAC, com vantagens, oferecendo uma nova tecnica capaz de obter imagens de sec~oes do corpo humane sem expor 0 pacientea radia~ao ionizante.
A TORM
nao usa raios-X, mas sim uma intera~ao inofensiva de campos magneticos e ondas de radio com os nucleos at6micos. Ao contrarioda
TAC,
que representa a densidadeeletronica
dos tecidos, aTORM
representa nao s6 a densidade denucleos
atomicos (normalmente pr6tons de hidrogenio) fornecendoinforma~oes anatomicas comparavel
a
da TAC, mas tambem informa~ao sobre os processos quimicos e dinamicos presentes nos tecidos. Esta particularidade torna a imagem de RMN em muitos casos maisutil
que a de raios-X, fornecendo meios para uma discrimina9ao mais sensfvel entre os tecidos normais e pato16gicos. A imagem de RMN terntambem aplica9ao em outras areas do conhecimento, como por exemplo, em agropecuaria e ciemcia dos solos, onde movimentos de agua nos solos, e determinadas propriedades de frutas, folhas, sementes e rafzes podem ser estudadas de forma nao destrutiva.o
metodo de reconstru9ao de imagens por retroproje9ao(64) a ser analisado, foi 0 primeiro a ser utilizado tanto em TAC como emTORM, por ser 0mais simples conceitualmente e tambem 0mais facil
de entender.
As tecnicas de gera9ao de imagens por RMN envolvem a aquisi9ao e processamento de sinais adquiridos no dominio do tempo, cujas componentes de freqliencia e fatores de fase possuem uma codifica9ao espacial, ou seja, dependem da posi9ao dos spins ressonantes na amostra. Esta codifica9ao espacial e conseguida colocando-se 0 objeto em urncampo magnetico cuja magnitude dependa
da posi9ao. Assim, a magnetiza9ao macroscopica M(r) e proporcional
a
densidade de protons, PH(r). Entao, se 0 campo magnetico B tiverW