Baseado em uma seqüência já conhecida de Multislice Spin Echo convencional, implementamos uma seqüência do tipo Modified Driven Equilibrium Fourier Transform (MDEFT) adiabática multislice em um sistema de 2T e um de microimagens (9.4T). Essa metodologia utiliza, como pulso de inversão, um pulso de RF com modulação em amplitude e freqüência, conhecido por pulso adiabático. Dessa forma, os tempos de inversão são iguais para todos os planos selecionados, resultando num contraste por T1 uniformemente distribuído ao longo dos mesmos. O uso de um único e longo pulso adiabático de inversão tem, ainda, a vantagem de utilizar uma potência de pico menor para operar da mesma forma que um grupo de m pulsos convencionais. Utilizamos pulsos cujas modulações correspondentes de fase e freqüência foram calculadas com base nas condições de “Offset Independent Adiabaticity" (OIA) e a real eficiência dos mesmos foi avaliada através de simulações e experimentalmente. Para realização dos testes da metodologia desenvolvemos e caracterizamos dois “phantoms", cujas imagens demonstram a aplicabilidade da metodologia nos dois sistemas utilizados. / Based on the conventional Multislice Spin Echo pulse sequence, we implemented an adiabatic multislice Modified Driven Equilibrium Fourier Transform (MDEFT) pulse sequence on a 2T and a 9.4T microimaging system. This methodology uses, as inversion pulse, an amplitude and frequency modulated RF pulse, known as adiabatic pulse. In that way, the inversion times are the same for all slices, resulting in an evenly distributed T1 contrast. A single and long adiabatic inversion pulse has in addition the advantage of using a reduced peak power to perform in the same way as the group of m conventional pulses. We used pulses whose corresponding phase and frequency modulations were based on Offset Independent Adiabaticity and their real efficiency were evaluated both through simulations and experimentally. To test the methodology, we developed and characterized two phantoms, whose images demonstrate the applicability of the methodology in the two mentioned systems.

Baseado em uma seqüência já conhecida de Multislice Spin Echo convencional, implementamos uma seqüência do tipo Modified Driven Equilibrium Fourier Transform (MDEFT) adiabática multislice em um sistema de 2T e um de microimagens (9.4T). Essa metodologia utiliza, como pulso de inversão, um pulso de RF com modulação em amplitude e freqüência, conhecido por pulso adiabático. Dessa forma, os tempos de inversão são iguais para todos os planos selecionados, resultando num contraste por T1 uniformemente distribuído ao longo dos mesmos. O uso de um único e longo pulso adiabático de inversão tem, ainda, a vantagem de utilizar uma potência de pico menor para operar da mesma forma que um grupo de m pulsos convencionais. Utilizamos pulsos cujas modulações correspondentes de fase e freqüência foram calculadas com base nas condições de “Offset Independent Adiabaticity” (OIA) e a real eficiência dos mesmos foi avaliada através de simulações e experimentalmente. Para realização dos testes da metodologia desenvolvemos e caracterizamos dois “phantoms”, cujas imagens demonstram a aplicabilidade da metodologia nos dois sistemas utilizados. / Based on the conventional Multislice Spin Echo pulse sequence, we implemented an adiabatic multislice Modified Driven Equilibrium Fourier Transform (MDEFT) pulse sequence on a 2T and a 9.4T microimaging system. This methodology uses, as inversion pulse, an amplitude and frequency modulated RF pulse, known as adiabatic pulse. In that way, the inversion times are the same for all slices, resulting in an evenly distributed T1 contrast. A single and long adiabatic inversion pulse has in addition the advantage of using a reduced peak power to perform in the same way as the group of m conventional pulses. We used pulses whose corresponding phase and frequency modulations were based on Offset Independent Adiabaticity and their real efficiency were evaluated both through simulations and experimentally. To test the methodology, we developed and characterized two phantoms, whose images demonstrate the applicability of the methodology in the two mentioned systems.

Novas seqüências para supressão de contribuições indesejadas em Imagens e Espectroscopia por Ressonância Magnética Nuclear, tais como as provenientes da água, um solvente que sempre resulta num sinal muito intenso em sistemas biológicos, são motivos de estudo e desenvolvimento com diversas aplicações atuais. O método que estamos propondo aqui, uma versão adiabática de MEGA incorporada nas seqüências PRESS e STEAM, visa a supressão do sinal da água presente no espectro de um volume localizado em uma amostra intacta. Para o campo magnético desse estudo (2.0 Tesla) e pelas características do magneto usado nesses experimentos, o pico do solvente tem o inconveniente de apresentar uma linha espectral muito larga quando comparado com a extensão do deslocamento químico das fiações de açúcar. O resultado indesejado é a sobreposição pelas suas vertentes, das diversas outras linhas espectrais, cujo interesse é de extrema importância, como a de alguns sólidos solúveis de açúcares. O principal problema encontrado é que a separação entre os picos da água e dos açúcares próximos é da ordem de 1 ppm. A metodologia proposta consiste na aplicação de pulsos de gradiente de campo magnético intensos em conjunto com uma seqüência de pulsos de RF adiabáticos e convencionais, seletivos em freqüência e espacialmente, para suprimir o pico da água em uma região espectral muito específica, sem nenhum dano a linearidade de fase do espectro restante. Esse procedimento, aliado a uma localização espacial muito eficiente, aumenta ainda mais o poder de análise desta ferramenta, a 1H MRS. Os resultados obtidos em campo de 2.0Tesla (85 Hz/ppm) mostraram que as seqüências híbridas adiabáticas MEGA-PRESS e MEGA-STEAM são bem eficazes na supressão do pico da água, como era esperado. Além disso, sua aplicação no monitoramento do grau de maturação de frutas intactas através do seu teor de açúcar, se mostrou muito bom dadas as condições experimentais extremamente limiares apresentadas pelo espectrômetro / New sequences for suppression of undesirable contributions in Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy, such as water, a solvent that always represent a very strong peak in biological systems, are object of recent development for several different applications. The method proposed here, an adiabatic version of MEGA incorporated within PRESS and STEAM, aims the suppression of the water peak present on volume selected spectra of intact specimens. For the magnetic field of this study (2.0 Tesla) and for the characteristics of the magnet used in the experiments, the solvent peak has the inconvenience of having a large width as compared to the spread in chemical shift of the sugar fractions. The undesirable result is the superposition on its tail with severa1 spectral lines, whose interest is of extreme importance, such as some sugar solid solutes. The main problem encountered is that the separation between the water peak and the nearest sugar peaks is of the order of 1 ppm. The proposed methodology consists on the application of intense gradient pulses along with a sequence of adiabatic and conventional RF pulses, both frequency and spatially selective, to suppress the water peak in a very specific spectral region, without any disturbance of the phase linearity of the remaining part of the spectrum. This procedure, allied to a very efficient spatial localization, enhances the power of the very well-known tool, the 1H MRS. Results obtained at 2.0Tesla (85 Hz/ppm) show that the hybrid adiabatic sequences MEGA-PRESS and MEGA-STEAM are efficient on suppressing the water peak, as expected. Also, their application on monitoring the degree of ripeness of intact fruits through their sugar content, has shown very good results, considering the extremely limiar experimental conditions presented by the spectrometer

Novas seqüências para supressão de contribuições indesejadas em Imagens e Espectroscopia por Ressonância Magnética Nuclear, tais como as provenientes da água, um solvente que sempre resulta num sinal muito intenso em sistemas biológicos, são motivos de estudo e desenvolvimento com diversas aplicações atuais. O método que estamos propondo aqui, uma versão adiabática de MEGA incorporada nas seqüências PRESS e STEAM, visa a supressão do sinal da água presente no espectro de um volume localizado em uma amostra intacta. Para o campo magnético desse estudo (2.0 Tesla) e pelas características do magneto usado nesses experimentos, o pico do solvente tem o inconveniente de apresentar uma linha espectral muito larga quando comparado com a extensão do deslocamento químico das fiações de açúcar. O resultado indesejado é a sobreposição pelas suas vertentes, das diversas outras linhas espectrais, cujo interesse é de extrema importância, como a de alguns sólidos solúveis de açúcares. O principal problema encontrado é que a separação entre os picos da água e dos açúcares próximos é da ordem de 1 ppm. A metodologia proposta consiste na aplicação de pulsos de gradiente de campo magnético intensos em conjunto com uma seqüência de pulsos de RF adiabáticos e convencionais, seletivos em freqüência e espacialmente, para suprimir o pico da água em uma região espectral muito específica, sem nenhum dano a linearidade de fase do espectro restante. Esse procedimento, aliado a uma localização espacial muito eficiente, aumenta ainda mais o poder de análise desta ferramenta, a 1H MRS. Os resultados obtidos em campo de 2.0Tesla (85 Hz/ppm) mostraram que as seqüências híbridas adiabáticas MEGA-PRESS e MEGA-STEAM são bem eficazes na supressão do pico da água, como era esperado. Além disso, sua aplicação no monitoramento do grau de maturação de frutas intactas através do seu teor de açúcar, se mostrou muito bom dadas as condições experimentais extremamente limiares apresentadas pelo espectrômetro / New sequences for suppression of undesirable contributions in Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy, such as water, a solvent that always represent a very strong peak in biological systems, are object of recent development for several different applications. The method proposed here, an adiabatic version of MEGA incorporated within PRESS and STEAM, aims the suppression of the water peak present on volume selected spectra of intact specimens. For the magnetic field of this study (2.0 Tesla) and for the characteristics of the magnet used in the experiments, the solvent peak has the inconvenience of having a large width as compared to the spread in chemical shift of the sugar fractions. The undesirable result is the superposition on its tail with severa1 spectral lines, whose interest is of extreme importance, such as some sugar solid solutes. The main problem encountered is that the separation between the water peak and the nearest sugar peaks is of the order of 1 ppm. The proposed methodology consists on the application of intense gradient pulses along with a sequence of adiabatic and conventional RF pulses, both frequency and spatially selective, to suppress the water peak in a very specific spectral region, without any disturbance of the phase linearity of the remaining part of the spectrum. This procedure, allied to a very efficient spatial localization, enhances the power of the very well-known tool, the 1H MRS. Results obtained at 2.0Tesla (85 Hz/ppm) show that the hybrid adiabatic sequences MEGA-PRESS and MEGA-STEAM are efficient on suppressing the water peak, as expected. Also, their application on monitoring the degree of ripeness of intact fruits through their sugar content, has shown very good results, considering the extremely limiar experimental conditions presented by the spectrometer

A metodologia GMAX, (Gradient-Modulated Adiabatic Excitation), caracteriza-se pelo uso de pulsos adiabáticos para localização de volumes em espectroscopia e seleção de fatias em MRI. A sua utilidade surge do interessante perfil de inversão da magnetização transversal induzido ao longo da amostra. Entretanto, a interpretação desse comportamento tem sido dada apenas de forma qualitativa, através da utilização da condição de adiabaticidade como ponto de partida. Neste trabalho é apresentada uma descrição analítica partindo da solução em termos da função hipergeométrica para os pulsos sech e tanh. A partir desse procedimento encontramos um conjunto de resultados com os quais é possível inferir analiticamente o comportamento característico da magnetização, tendo como objetivo obter um maior controle da magnetização a partir dos parâmetros da metodologia que proporcionam interpretação física. / The Gradient-Modulated Adiabatic Excitation (GMAX) methodology is characterized by the use of adiabatic pulses for volume localization in spectroscopy and slice selection in MRI. Its use derives from the interesting nodal point transverse magnetization profile induced throughout the sample. Nevertheless, the interpretation of such behavior for the magnetization has been of qualitative purpose only, using the adiabatic condition as a starting point. Here, we present an analytical description, starting from the solution in terms of the hypergeometric functions for sech and tanh pulses. From this procedure we found a set of results with which is possible to infer analytically the characteristic behavior of the magnetization. This is on the purpose of obtaining greater control of the magnetization from parameters of the methodology that carry physical interpretation.

Iron oxide nanoparticles are of great interest as contrast agents for research and potentially clinical molecular magnetic resonance imaging (MRI). Biochemically modifying the surface coatings of the particles with proteins and polysaccharides enhances their utility by improving cell receptor specificity, increasing uptake for cell labeling and adding therapeutic molecules. Together with the high contrast they produce in MR images, these characteristics promise an expanding role for iron oxide nanoparticles and molecular MR imaging for studying, diagnosing and treating diseases at the molecular level. However, these contrast agents produce areas of signal loss with traditional MRI sequences that are not specific to the nanoparticles and cannot easily quantify the contrast agent concentration. With the expanding role of iron oxide nanoparticles in molecular imaging, new methods are needed to produce a quantitative contrast that is specific to the iron oxide nanoparticle. This dissertation presents a new method for detecting and quantifying iron oxide nanoparticles using an adiabatic preparation pulse and the failure of the adiabatic condition for spins diffusing near the particles. In the first aim, the theoretical foundation of the work is presented, and a Monte Carlo simulation supporting the proposed mechanism of the contrast is described. Adiabatic pulse prepared imaging sequences are also developed for imaging at 3 Tesla and 9.4 Tesla to highlight the translational potential of the approach for clinical examinations and scientific research, and the linear correlation of the contrast with iron concentration ideal for quantification is presented. Further, the physical characteristics of the nanoparticles and the parameters of the MRI sequence are modified to characterize the approach. In the second aim, the contrast is characterized in more realistic phantoms and in vitro, and a method to more accurately quantify nanoparticle concentration in the presence of magnetization transfer is presented. Finally, accelerated imaging methods are implemented to acquire the adiabatic contrast in a time compatible with in vivo imaging, and the technique is evaluated in an in vivo model of quantitative iron oxide nanoparticle imaging. Together, these aims present a method using an adiabatic preparation pulse to generate an MR contrast based on the microscopic magnetic field gradients surrounding the iron oxide nanoparticles that is suitable for in vivo quantitative, molecular imaging.

A metodologia GMAX, (Gradient-Modulated Adiabatic Excitation), caracteriza-se pelo uso de pulsos adiabáticos para localização de volumes em espectroscopia e seleção de fatias em MRI. A sua utilidade surge do interessante perfil de inversão da magnetização transversal induzido ao longo da amostra. Entretanto, a interpretação desse comportamento tem sido dada apenas de forma qualitativa, através da utilização da condição de adiabaticidade como ponto de partida. Neste trabalho é apresentada uma descrição analítica partindo da solução em termos da função hipergeométrica para os pulsos sech e tanh. A partir desse procedimento encontramos um conjunto de resultados com os quais é possível inferir analiticamente o comportamento característico da magnetização, tendo como objetivo obter um maior controle da magnetização a partir dos parâmetros da metodologia que proporcionam interpretação física. / The Gradient-Modulated Adiabatic Excitation (GMAX) methodology is characterized by the use of adiabatic pulses for volume localization in spectroscopy and slice selection in MRI. Its use derives from the interesting nodal point transverse magnetization profile induced throughout the sample. Nevertheless, the interpretation of such behavior for the magnetization has been of qualitative purpose only, using the adiabatic condition as a starting point. Here, we present an analytical description, starting from the solution in terms of the hypergeometric functions for sech and tanh pulses. From this procedure we found a set of results with which is possible to infer analytically the characteristic behavior of the magnetization. This is on the purpose of obtaining greater control of the magnetization from parameters of the methodology that carry physical interpretation.