Rezonanță magnetică nucleară

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Salt la: Navigare, căutare

Rezonanța magnetică nucleară (RMN) este o tehnică spectroscopică nucleară[1] des folosită în chimie, chimie fizică, medicină nucleară[2], biofizică și inginerie nucleară pentru determinarea structurii diverșilor compuși chimici, în biochimie pentru determinarea structurii proteinelor fiind singura tehnică destinată determinării structurii proteinelor în soluție (condiții mult mai apropiate de cele native) sau în imagini diagnostice medicale sau radiologice pentru determinarea caracteristicilor fizico-anatomice a unor organe sau țesuturi.

Istoric[modificare | modificare sursă]

Fenomenul de rezonanță magnetică nucleară a fost descrisă și măsurată pentru prima oară în fascicule moleculare de către Isidor Isaac Rabi în anul 1938[3] iar în anul 1944, Rabi a primit Premiul Nobel pentru Fizică, pentru activitatea depusă în acest domeniu.[4] În anul 1946, Felix Bloch și Edward Purcell au dezvoltat tehnica utilizării acesteia în lichide și în solide, pentru care au împărțit Premiul Nobel pentru Fizică în anul 1952.[5][6].Purcell a lucrat la dezvoltarea radarului în timpul celui de-al Doilea Război Mondial la Massachusetts Institute of Technology - Laboratorul de radiație. Munca sa despre producerea și detecția undelor radio cu putere mare și despre absorbția acestora de către materie a constituit fundamentul descoperirii de către Rabi a rezonanței magnetice nucleare.

În România, acad. Ioan Ursu a dezvoltat o puternică școală de spectroscopie magnetică care se manifestă acum în toate centrele universitare și de cercetare din țară.

Caracteristici[modificare | modificare sursă]

Trebuie specificat faptul că în RMN experimentele se realizează pe nucleele atomilor și nu pe electronii acestora, deci informația furnizată se referă la poziționarea spațială a acestor nuclee în compusul chimic studiat. Aceste nuclee au o proprietate intrinsecă numită spin, dar pentru a explica fenomenologia care se ascunde în spatele acestei tehnici trebuie ținut cont de următoarele considerente fizice:

  • Orice sarcină electrică în mișcare generează în jurul său un câmp magnetic. Același lucru se întâmplă și în cazul nucleelor (sarcini electrice pozitive) când, datorită rotației în jurul propriilor axe, se generează un câmp magnetic caracterizat printr-un moment magnetic μ, proporțional și de sens opus cu spinul nucleului I. În RMN nucleele de interes sunt acele nuclee care au valoarea I=1/2 (1H, 13C, 15N, 19F, 31P).
  • Dacă se așează un nucleu atomic într-un câmp magnetic extern Bo, atunci vectorul moment magnetic va putea fi paralel (I=+1/2) sau antiparalel (I=-1/2) cu direcția acestui câmp. Trebuie specificat faptul că energia sistemului antiparalel este mai mare decât energia sistemului paralel, iar această diferență este direct proporțională cu valoarea câmpului Bo (ΔE=μB/I).
  • Dacă se iradiază nucleul cu un câmp de radiofrecvențe RF pe o direcție transversală câmpului constant Bo, acest câmp transportând o energie egală cu ΔE, atunci nucleul (spinul) se va excita trecând din starea de energie +1/2 în starea de energie –1/2 caracterizată prin energie mai mare.
  • Deoarece în condiții naturale orice sistem fizic tinde spre o stare de energie cât mai mică, acest nucleu se va relaxa revenind la starea +1/2 și emițând un alt câmp de radiofrecvențe din ai cărui parametri (frecvență) se obțin informații despre natura nucleului (poziția în moleculă, respectiv tipul).

Exemple practice cu imagini[modificare | modificare sursă]

În cazul investigațiilor medicale folosind RMN-ul/RMNI, corpul pacientului este așezat pe o masă orizontală de-a lungul unui câmp magnetic foarte puternic (Bo), iar cu ajutorul unor bobine se aplică un alt câmp de radiofrecvență (RF) care ulterior (imediat după trecerea prin corp) este înregistrat. După s-a specificat mai sus, din analiza acestui semnal se obțin informații despre structura chimică cât și anatomia corpului studiat.[7][8][9][10][11].

Note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ Antoine Abragam and B. Bleaney. en: Electron Paramagnetic Ions, Oxford University Press, 1965;pp.895.
  2. ^ en: Magnetic Resonance Spectroscopy, Imaging and Applications: NMR, NMRI and ESR, Minuteman Press, USA, 2010;pp.204. http://pediapress.com/books/
  3. ^ I.I. Rabi, J.R. Zacharias, S. Millman, P. Kusch (1938). „A New Method of Measuring Nuclear Magnetic Moment”. Physical Review 53 (4): 318–327. doi:10.1103/PhysRev.53.318. PMID 9981980. Bibcode1938PhRv...53..318R. 
  4. ^ Biography of I. Rabi at Nobelprize.org
  5. ^ Filler, Aaron (2009). „The History, Development and Impact of Computed Imaging in Neurological Diagnosis and Neurosurgery: CT, MRI, and DTI”. Nature Precedings. doi:10.1038/npre.2009.3267.5. 
  6. ^ 1952 Nobel Prize for Physics at Nobelprize.org
  7. ^ 2D-FT NMRI Instrument image: A JPG color image of a 2D-FT NMRI `monster' Instrument
  8. ^ en: 3D Animation Movie about MRI Exam
  9. ^ D. Benett. 2007. PhD Thesis. Worcester Polytechnic Institute. en: PDF of 2D-FT Imaging Applications to NMRI in Medical Research. Worcester Polytechnic Institute. (Includes many 2D-FT NMR images of human brains.)
  10. ^ en: Cardiac Infarct or "heart attack" Imaged in Real Time by 2D-FT NMRI
  11. ^ en: Interactive Flash Animation on MRI - Online Magnetic Resonance Imaging physics and technique course

Bibliografie[modificare | modificare sursă]