Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre as propriedades magnéticas e de transporte elétrico de sistemas caracterizados por desordem e frustração. Tais sistemas são amostras granulares do supercondutor de alta temperatura crítica YBa2Cu3O7-δ e amostras do tipo vidro-de-spin e reentrantes das ligas magnéticas diluídas AuMn 8at% e AuFe xat% (x = 8, 12, 15, 18 e 21). No supercondutor granular foram estudados os efeitos de flutuações termodinâmicas na magnetocondutividade nas proximidades da transição supercondutora e a linha de irreversibilidades magnéticas. A transição para o estado de resistência nula é um processo que ocorre em duas etapas. Inicialmente, a transição de pareamento estabiliza a supercondutividade no interior dos grãos. A transição de coerência ocorre em temperaturas inferiores e ativa ligações fracas entre os grãos através de um processo do tipo percolação. O regime que antecede a transição de coerência é caracterizado por flutuações na fase do parâmetro de ordem. A linha de irreversibilidades magnéticas, estudada a partir da magnetoresistência e magnetização DC, revela um comportamento do tipo Almeida-Thouless em baixos campos magnéticos aplicados, seguido de um crossover, em µ0H = 0.1 T, para um comportamento do tipo Gabay-Toulouse. A linha de irreversibilidades é interpretada como sendo uma manifestação experimental de uma transição de vidro chiral. As ligas magnéticas diluídas foram estudadas através do efeito Hall extraordinário. Os resultados mostram claramente que dois termos de sinais contrários contribuem para este efeito nestes sistemas. Em particular, é observada uma anomalia no coeficiente de Hall extraordinário em temperaturas próximas à temperatura de ordenamento dos vidros-de-spin e de “canting” dos reentrantes que não é prevista por nenhuma teoria convencional de efeito Hall. A interpretação dos resultados é feita em termos do modelo de vidro chiral, mostrando a importância de uma contribuição de origem puramente chiral. Esta é a primeira vez que a chiralidade, uma propriedade intrínseca de sistemas desordenados e frustrados, é observada experimentalmente de modo direto.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, we study the magnetic properties of CoFe2O4 nanoparticles dispersed in silica (SiO2) matrix. Samples were produced by the sol-gel method and synthesized at different temperatures. The average distance between the particles and thus the nature of inter-particle interactions were controlled for using different concentrations of iron and cobalt salts and the starting material tetraethylorthosilicate (TEOS). The samples were characterized by thermogravimetry (TG), X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and magnetization as a function of magnetic field and temperature. Thermogravimetric analysis showed that the weight loss increases with increasing concentration of salts in the starting solution. The results of X-ray diffraction combined with the transmission electron microscope images confirmed the presence of CoFe2O4 nanoparticles dispersed into the SiO2 matrix. Magnetization measurements showed a typical behavior generally showed by a magnetic nanoparticles system, that is, the observation of a peak in the curve FC-ZFC with a thermal hysteresis in the low temperature region. In particular, we observed a dependence of the coercive field with temperature of CoFe2O4 nanoparticles that did not follow the predictions of the model Bean-Livingston. We believe that this fact is linked more to the effect of size distribution than the possible effects of interaction between the nanoparticles. In this regard, a model considering a particle size distribution in the coercivity of nanoparticles was used. The model was able to fit the experimental data to wide temperature range. / Neste trabalho, nós estudamos as propriedades magnéticas de nanopartículas de CoFe2O4 dispersas em uma matriz de sílica (SiO2). As amostras foram produzidas através do método sol-gel para diferentes temperaturas de síntese. A distância média entre as partículas e, deste modo, a natureza das interações inter-partículas foram controladas utilizando diferentes concentrações dos sais de ferro e cobalto e do reagente de partida tetraetilortossilicato (TEOS). As amostras foram caracterizadas através de medidas de termogravimetria (TG), fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e magnetização em função do campo magnético e da temperatura. As análises termogravimétricas mostraram que a perda de massa aumenta com o aumento da concentração dos sais de partida na solução. Os resultados de difração de raios X combinados com as imagens de microscopia eletrônica de transmissão confirmaram a presença das nanopartículas de CoFe2O4 dispersas dentro da matriz de SiO2. As medidas de magnetização mostraram um comportamento típico de um sistema de nanopartículas magnéticas, ou seja, o aparecimento de um pico na curva de ZFC-FC com uma histerese térmica na região de baixas temperaturas. Em particular, nós observamos uma dependência do campo coercivo com a temperatura das nanopartículas de CoFe2O4 que não seguiu as previsões do modelo de Bean Livingston. Nós acreditamos que esse fato está ligado muito mais ao efeito da distribuição de tamanhos do que aos possíveis efeitos de interação entre as nanopartículas. Neste sentido, um modelo que considera a distribuição de tamanhos de partículas na coercividade das nanopartículas foi utilizado. O modelo foi capaz de ajustar os dados experimentais para amplo intervalo de temperatura.

In this work is described a study of the magnetic anisotropy of a magnesioferrite nanoparticle system (MgFe2O4) obtained by precipitation in solid solution of magnesiowüstite [Mg, Fe]O. The anisotropy field was obtained from system’s resonance spectra as measured in the X band. Such spectra can be considered as composed by two spectral lines: A broad line assigned to blocked particles at the measuring temperature and a thin line, which can be attributed to unlocked (superparamagnetic) particles. The anisotropy field of four samples treated at 700 °C during different annealing times were obtained from the spectra measured with their easy magnetization axes oriented at 0 ° and 45 ° with the applied field. The use of a theoretical model to adjust the obtained anisotropy field data enabled the obtaining of the model’s parameter values and their posterior comparison with those reported by other authors. Beyond the dependence of the anisotropy field with the measurement temperature and the sample’s treatment time, it was observed the presence of low field resonance lines that may be related to transitions usually considered as forbidden, which can be enabled by the degenerescence breaking caused by dipolar magnetic interactions between particles. Such phenomenon, which is considerably rare to observe in magnetic nanoparticles systems, was clearly observed in the studied system not only for the half-field resonance line (2Q), but also for lines appearing at one third of field (3Q) and at one quarter of field (4Q). This feature shows that, at least in the investigated experimental system, the dipolar interactions between nearby particles cannot always be neglected as has been proposed by several other authors. / O presente trabalho aborda o estudo da anisotropia magnética do sistema de nanopartículas de magnesioferrita (MgFe2O4) precipitadas em solução sólida de magnesiowüstita [Mg;Fe]O a partir da análise de seus espectros de ressonância magnética medidos na banda X. Tais espectros podem ser aproximadamente decompostos em duas linhas, sendo uma atribuída às partículas bloqueadas na temperatura de medição (linha larga) e a outra às partículas desbloqueadas (linha estreita). Os campos de anisotropia de quatro amostras tratadas a 700 oC por diferentes tempos de tratamento foram obtidos a partir dos espectros medidos com seus eixos de magnetização fácil orientados a 0° e a 45° em relação ao campo aplicado. O emprego de um modelo teórico de anisotropia magnética para ajustar os dados obtidos possibilitou a obtenção dos valores dos parâmetros considerados no mesmo e a comparação destes valores com os que foram reportados por outros autores. Além da dependência do campo de anisotropia com a temperatura de medição e com o tempo de tratamento térmico das amostras, observou-se a presença de linhas de ressonância na região de baixos campos que podem estar relacionadas a transições normalmente consideradas como proibidas que ser viabilizadas com a quebra da degenerescência causada por interações magnéticas dipolares entre partículas. Tal fenômeno, que é consideravelmente raro de se observar em sistemas de nanopartículas magnéticas, foi claramente observado no sistema estudado não somente para a linha de ressonância a meio campo (2Q), mas também para as linhas a um terço (3Q) e um quarto (4Q) de campo. Isso evidencia que, ao menos no sistema experimental investigado, as possíveis interações dipolares entre partículas próximas não podem ser sempre desprezadas a priori como tem sido proposto por vários outros autores.

In this work we studied the dependence of two organic precursors, sucrose and glycerin, in the process to obtain CoFe2O4 nanoparticles by co-precipitation method. The samples were studied by different techniques of structural and magnetic characterization. X-ray diffraction Measurements associated with the Rietveld refinement analysis confirm that all samples obtained with and without the addition of organic precursors have a single phase identified in a cubic crystalline system belonging to the space group . The average crystallite size calculated by Scherrer's equation using the full width at half maximum (FWHM) for the samples synthesized without and with concentration of 0.020 mol.L-1 of glycerin and sucrose showed values approximately equal to 14(2), 8(1) and 5(1) nm, respectively. The Williamson-Hall curves show that both organic precursors used in this work influence on the homogeneity of the samples. Transmission electron microscopy analysis indicates that the inclusion of sucrose during the process of synthesis of these materials reduces the average size of the crystallite, it induces a narrowing in the size distribution and change in the particles shape. The X-ray absorption measurements performed in the Co and Fe K-edge of samples synthesized with sucrose and glycerin show a low variation in the density of unoccupied state in the p sublevel however reveal an increase in the interatomic distances between the absorber and the scattering atoms. Magnetization measurements as a function of temperature show a decrease in the blocking temperature (TB) even as a superparamagnetic behavior at room temperature for sample with 0.020 mol.L-1 of sucrose. / Neste trabalho foi realizado um estudo sobre a influência do uso de dois precursores orgânicos, sacarose e glicerina, no processo de obtenção de nanopartículas de ferrita de cobalto (CoFe2O4) pelo método de co-precipitação. As amostras foram estudadas através de diferentes técnicas de caracterização estrutural e magnética. As medidas de difração de raios X associadas às análises de refinamento Rietveld confirmaram que todas as amostras obtidas com e sem a adição de precursores orgânicos têm única fase identificadas em um sistema cristalino cúbico pertencente ao grupo de espaço . O tamanho médio de cristalito estimado pela equação de Scherrer, usando a largura a meia altura dos picos de difração, mostra que para as amostras sintetizadas sem e com concentração de 0,020 mol.L-1 de glicerina e de sacarose revelaram valores aproximadamente iguais a 14(2), 8(1) e 5(1) nm, respectivamente. As análises das curvas de Williamson-Hall mostram que ambos os precursores orgânicos utilizados neste trabalho influenciam na homogeneidade das amostras. As análises de microscopia eletrônica de transmissão indicam que a incorporação de sacarose durante o processo de síntese desses materiais reduz o tamanho médio do cristalito, assim como, induz um estreitamento na distribuição de tamanho, além de alterar a morfologia das amostras. Medidas de absorção de raios X realizadas nas bordas K do Co e Fe nas amostras sintetizadas com sacarose e glicerina apresentam uma baixa variação da densidade de estado desocupados no subnível p, no entanto revela um aumento na distância interatômica entre o átomo absorvedor e o espalhador. Medidas de magnetização como uma função da temperatura mostram uma diminuição na temperatura de bloqueio na amostra obtida com adição de sacarose, assim como, um comportamento superparamagnético à temperatura ambiente na amostra obtida com 0,020 mol.L-1 de sacarose.

O uso de análise quantitativa em radiologia médica tem sido de grande valia na detecção de alterações não acessíveis à análise visual simples, dita qualitativa, seja por serem muito sutis, seja por não estarem presentes nas técnicas de imagem de ressonância magnética convencional. Porém, certos tipos de quantificação exigem a aquisição softwares e de plataformas computacionais de alto custo, além de mão de obra especializada com conhecimento técnico em computação para operar em ambientes não intuitivos. Neste cenário o objetivo deste trabalho foi a implementação de um software para análise de transferência de magnetização em imagens de ressonância magnética nuclear que funcionasse na plataforma IBM-PC e em sistemas operacionais livres como GNU/Linux. Com este intuito foi elaborado um algoritmo para leitura de imagens codificadas no padrão DICOM 3.0, um algoritmo para a construção dos mapas de Razão de Transferência de Magnetização do volume adquirido e um visualizador com interface amigável para a segmentação e análise dos resultados. Ao final, software possibilitou a abertura da imagem DICOM. Também construiu de maneira eficiente, os mapas de diferença de porcentagem entre as imagens sem e com o pulso de transferência de magnetização (MTR), possibilitando, inclusive, correções de artefatos de movimentos, quando pouco intensos. Permitiu o delineamento de regiões de interesse irregular, com boa visibilidade dos resultados. Como controle padrão, os resultados foram comparados com o conjunto de ferramentas da Universidade McGill (Brain Imaging Center, McGuill University, Montreal, Quebec, Canadá), amplamente testado em artigos publicados. / The use of quantitative analysis in medical radiology has been of great value in the detection of not accessible alterations in the simple visual analysis, said qualitative, for being very subtle, or for not being present in conventional magnetic resonance image techniques. However, certain types of quantification demand the acquisition of high cost softwares and computational platforms, beyond specialized workmanship, with technical knowledge in computation, to operate in non intuitive environments. In this scenery the objective of this work was the implementation of a software for analysis of transference of magneti zation in nuclear magnetic resonance images that works in IBM-PC platform and free operational systems as GNU/Linux. So, an algorithm for reading of standard DICOM 3.0 codified images was elaborated, an algorithm for the construction of Magnetization Transfer Ratio maps of acquired volume, and a visualizer with friendly interface for segmentation and analysis of the results. Finally the software made the opening of DICOM image possible. It also generated in efficient way the maps of percentage difference among the images without and with the pulse of magnetization transfer (MT), also making devices of movement corrections possible, when they are not very intense. It allowed the delineation of regions of irregular interest, with good visibility of the results. As standard control, the results were compared with the set of tools of the McGill University (Brain Imaging Center, McGuill University, Montreal, Quebec, Canada), widely tested in published articles. The elaborated program took care of the considered objectives.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:01:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2431_1.pdf: 3903715 bytes, checksum: f4ecb374f539aa4e3d0c912da52e2836 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / No presente trabalho foram investigadas propriedades magnéticas dos nanocompósitos ferromagnéticos (Fe1−xCox)y(MnO)1−y, x = 0.4 e 0.6 e y = 0.35, 0.65 e 1, produzidos pela técnica de mecano-síntese. A caracterização estrutural e morfológica das amostras foi feita usando difração de raios x fazendo uso da equação de Scherrer, de gráficos de Williamson-Hall e refinamento Rietveld. Essas análises resultaram em valores de x e y muito próximos dos valores nominais e, dentro da resolução da técnica, não foi detectada a presença de outras fases. As amostras apresentaram valores de tamanho médio dos cristalitos muito próximos (12-14 nm) e valores reduzidos de micro-deformações (1.5% para Fe1−xCox e 0.4% para o MnO). As propriedades magnéticas foram investigadas utilizando várias técnicas de medida (SQUID, magnetometria por extração e magnetometria por amostra vibrante), medidas em um grande intervalo de temperatura T (5-700 K) e em campos magnéticos de até 2 T. A partir dessas medidas foram construídos gráficos de Henkel e curvas de inversão de primeira ordem (FORCs) à temperatura ambiente e em campos de até 1.5 T. Medidas de curvas de histerese foram utilizadas para determinar a dependência da coercividade (HC), da magnetização de saturação (MS) e do campo de exchange-bias (HEB) com T. Procedimentos de medidas de magnetização feitas resfriando a amostra a campo nulo (ZFC) e na presença de campo (FC) foram feitas no intervalo de temperatura 5-300 K para valores pequenos de campo magnético (até 5 mT). Os gráficos de Henkel e FORCs indicaram que na temperatura ambiente as interações magnéticas entre as nanopartículas de Fe1−xCox são predominantemente de origem dipolar e influenciada essencialmente pela quantidade de MnO presente nas amostras. Entretanto, no caso particular da amostra sem MnO, o gráfico de Henkel indicou uma mudança de comportamento acima de 0.25 T passando a interação de dipolar para ser predominantemente de exchange. Acima de 120 K (temperatura de Néel do MnO), as medidas de HC apresentaram um dependência com T do tipo T3/4. Este comportamento é característico de arranjos de partículas tipo Stoner-Wohlfarth orientadas aleatoriamente. Já abaixo de 120 K, HC é fortemente influenciado pela presença de MnO aumentando significativamente com a diminuição da temperatura. Similar crescimento com T foi observado nos valores de HEB o qual é visto apenas em temperaturas abaixo de 120 K. As medidas de MS apresentaram uma dependência tipo Lei de Bloch T3/2 para a amostra sem MnO em todo intervalo de temperatura (5-700 K), enquanto para as demais amostras esse comportamento foi observado para T>120 K. Abaixo dessa temperatura, a adição de MnO produz um aumento em MS. Também foi observado o efeito de exchange-bias para temperaturas inferiores à temperatura de Néel do MnO (120 K), com um significante aumento do campo de exchange-bias com a diminuição da temperatura. Por fim, observamos também um comportamento irreversível nas magnetizações ZFC e FC abaixo de 120 K nas amostras com MnO. Os resultados obtidos abaixo de 120 K foram interpretados como devidos a interações de curto alcance entre as nanopartículas e pela presença de momentos magnéticos não compensados nas interfaces entre partículas

Elétrons em bandas estreitas de energia são fortemente afetados pela interação coulombiana como também por desordem na rede. Ambos os efeitos podem levar à localização, mas de naturezas diferentes: estado isolante de Mott, induzido por correlação, e localização de Anderson, induzida por desordem. A existência da fase de Mott ´e também significativamente dependente do preenchimento da banda. Abordagens teóricas para lidar com esse tipo de sistema são usualmente baseadas no hamiltoniano de Hubbard ou modelos relacionados, incluindo desordem como uma distribuição de energias locais. Neste trabalho, utilizando a Teoria de Campo Médio Dinâmico (DMFT), estudamos o modelo de Anderson-Falicov-Kimball e sua versão de três bandas, obtida como uma simplificação do modelo de Hubbard de três bandas associado aos planos de CuO2 dos cupratos supercondutores de alta temperatura crítica, realizando nossa análise para os casos magnético e não magnético. A densidade de estados de uma partícula é obtida por medias aritmética e geométrica sobre a desordem, já que somente a última pode detectar a localização na ausência de um gap de energia. Variando as intensidades de interação coulombiana e desordem, construímos diagramas de fases para esse modelo, onde identificamos transições metal-isolante mediadas por correlação e desordem, bem como a inter-relação entre esses efeitos. Isso é feito para vários preenchimentos de banda, já que nosso principal interesse aqui é estudar como a variação da densidade de elétrons (dopagem) afeta os diagramas de fases previamente obtidos na ausência de dopagem. Para o modelo de uma banda no caso paramagnético, as informações reveladas pela densidade de estados são confirmadas pela análise das condutividades estática e dinâmica, incluindo efeitos de temperatura. Quando consideramos a solução magnética, observamos o comportamento da temperatura de Néel e podemos apresentar um diagrama de fases mais completo. Além de uma análise bastante extensa do modelo de uma banda, fazemos um estudo inicial do modelo de três bandas, focalizando comportamentos que possam vir a ser comparados ao que se observa nos óxidos supercondutores. / Electrons in narrow-band solids are strongly affected by the Coulomb interaction as well as lattice disorder. Both effects can lead to localization, but of different nature: correlation-induced Mott insulating state, and disorder-induced Anderson localization. The existence of the Mott phase is also significantly dependent on the band filling. Theoretical approaches to deal with this kind of system are usually based on the Hubbard Hamiltonian or related models, including disorder as a distribution of the on-site energies. In this work, utilizing Dynamic Mean Field Theory (DMFT), we study the Anderson- Falicov-Kimball and its three-band version, obtained as a simplification of the three-band Hubbard model associated to the CuO2 planes of high-critical-temperature cuprate superconductors, performing our analysis for the magnetic and non-magnetic cases. The one-particle density of states is obtained by both arithmetic and geometrical averages over disorder, since only the latter can detect localization in the absence of an energy gap. Varying the strengths of Coulomb interaction and disorder, we construct phase diagrams for these models, where we identify metal-insulator transitions driven by correlation and disorder, as well as the interplay between these effects. This is done for various band fillings, since our main interest here is to study how the variation of the electron density affects the phase diagrams previously obtained in the absence of doping. For the one-band model in the paramagnetic case, the picture revealed by the density of states is further checked by evaluating the static and dynamic conductivities, including temperature effects. When we consider the magnetic solution, we observe the N´eel temperature behavior, and we are able to present a more complete phase diagram. Besides a quite extensive analysis of the one-band model, we develop an initial study of the threeband model, focusing on behaviors that might be linked with what is observed on the superconducting oxides.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work were obtained of Cu1-xMxO (M = Fe, Ni, Al e Zn, for 0 ≤ x ≤ 0,1 samples, using the co-precipitation method. These samples were studied using different techniques of characterization structural and magnetic. X-ray diffraction (XRD) results added to the Rietveld refinement analysis of the x-ray powder diffraction data shows that all samples present monoclinic the same structure of CuO with space group C2/c. The magnetization measurements as function of temperature (MvsT) show a fast suppress of TN for Fe-doped CuO samples, in contrast with (Ni, Zn and Al)-doped CuO. Synchrotron radiation XRD data at low temperature performed with show that the Cu0,9Fe0,1O and Cu0,9Ni0,1O samples present slow changes in the cell parameters, which it can be associated with the magnetic transition. Although the X-ray absorption (XAS) measurements performed in Cu K-edge show a variation in the density of unoccupied state in the p sublevel, appreciable changes in the local structure of these ions ban not be confirmed. On the other hand, measurements at the doping K and L2,3-edges confirm the existence of Ni2+ ions and oxygen vacancies and/or defect in your structure, already measurements performed in Cu0,9Fe0,1O sample shown the presence of Fe+2/Fe+3 mixed valence. / Neste trabalho foram obtidas amostras de Cu1-xMxO (M = Fe, Ni, Al e Zn) usando o método químico de co-precipitação. Estas amostras foram estudadas por diferentes técnicas de caracterização estrutural e magnética. Resultados de difração de raios X (DRX) associados às análises de refinamento Rietveld confirmam que todas as amostras de CuO dopadas com Fe, Ni, Al e Zn apresentaram estrutura cristalina similar a estrutura monoclínica do CuO puro, pertencente ao grupo espacial C2/c. As medidas de magnetização em função da temperatura (MvsT) mostram uma rápida supressão da temperatura de Néel (TN) de 210 K para 65 K, na amostras de CuO dopadas com 10% de Fe, em contraste com os sistema dopado com Ni, Zn e Al. Resultados de DRX em baixa temperatura usando radiação síncrotron indicam suaves alterações no parâmetro de rede das amostras de Cu0,9Fe0,1O e Cu0,9Ni0,1O, os quais podem estar associados com a transição magnética. Embora as medidas de absorção de raios X realizadas na borda K do Cu, antes e depois da TN, mostrarem uma variação na densidade de estado desocupado no subnível p, não se verificaram mudanças apreciáveis na estrutura local destes íons. Por outro lado, as medidas de absorção na borda K e L2,3 do dopante confirmam a existência de íons de Ni com estado de oxidação +2 e vacância de oxigênio e/ou defeitos na estrutura monoclínica do CuO dopado com Ni. Já nas medidas realizadas na amostra de Cu0,9Fe0,1O mostra a presença de valência mista de Fe+2/Fe+3 neste composto.

Racional: A epilepsia do lobo temporal está comumente associada à farmacorresistência e tem a esclerose hipocampal como achado neuropatológico em mais da metade dos casos. Histologicamente, a esclerose hipocampal está associada à perda neuronal diferencial e gliose, além de alterações nos níveis de moléculas associadas à homeostase da água tecidual, como a aquaporina 4 e a molécula de matriz sulfato de condroitina. Em imagens de ressonância nuclear magnética, a esclerose é caracterizada por redução de volume em sequências ponderadas em T1, aumento de sinal e tempo de relaxamento em sequências ponderadas em T2 e redução na transferência de magnetização. Justificativa e Objetivos: Uma vez que tanto o sinal T2 quando a transferência de magnetização são dependentes da água tecidual, nosso objetivo é avaliar, na formação hipocampal de pacientes com epilepsia do lobo temporal, as correlações entre populações celulares e moléculas ligadas à homeostase da água e as imagens ponderadas em T2 e transferência de magnetização. Visamos ainda definir, na formação hipocampal de indivíduos sem alterações neuropatológicas, o volume de cada um dos subcampos hipocampais. Metodologia: Pacientes com epilepsia do lobo temporal farmacorresistente (ELT, n = 43), bem como voluntários sadios (controle radiológico, CH, n = 20), foram submetidos a exames de ressonância magnética em máquina de 3T para mensuração da volumetria hipocampal, tempo de relaxamento T2 e transferência de magnetização hipocampal (exames in vivo). Após o tratamento cirúrgico para o controle das crises, os hipocampos dos pacientes com ELT foram fixados por 8 dias e submetidos aos exames ex vivo em máquina de 3T para cálculo do tempo de relaxamento T2 de cada subcampo hipocampal. Hipocampos controle (Controle historadiológico, CHR, n = 14), foram obtidos de autópsias de pacientes sem histórico ante-mortem de doença neurológica ou presença de patologia no exame do encéfalo pos mortem. Ambos os grupos controle foram pareados para idade em relação ao grupo ELT. Alguns dos casos CHR (n = 6) foram também submetidos à imagem 3D T2 em máquina de 4,7T para cálculo de volumetria dos subcampos hipocampais. Após emblocamento em parafina, secções coronais hipocampais dos casos CHR e ELT foram submetidas às técnicas de histoquímica básica Hematoxilina e Eosina e Luxol Fast Blue, e às imuno-histoquímicas para avaliação das populações neuronais (NeuN), astrócitos reativos (GFAP), micróglias ativadas (HLA-DR) e para a expressão de aquaporina 4 (AQP4) e níveis de sulfato de condroitina (CS-56). Para a comparação entre os grupos, foram realizados testes t para dados paramétricos e Mann-Whitney para dados não-paramétricos. Testes de correlação foram empregados para análise da associação entre as avaliações histológicas e os exames de ressonância magnética. Resultados: Pacientes com ELT apresentaram menor volume hipocampal, maior tempo de relaxamento T2 e menor transferência de magnetização no exame in vivo, quando comparados com o CR. O exame ex vivo para a volumetria dos subcampos hipocampais em casos do grupo CHR indicou que a fascia dentata, a região CA1 e o subículo correspondem à 85 % do volume hipocampal total. Quanto ao tempo de relaxamento T2 ex vivo, foi observado aumento em todos os subcampos hipocampais do grupo ELT, à exceção da fascia dentata, quando comparados ao CHR. A avaliação da densidade neuronal indicou redução significativa em todos os subcampos dos casos ELT, à exceção do subículo, quando comparados ao CHR. Em relação aos valores do grupo CHR, foi observada astrogliose em quase todos subcampos da formação hipocampal (a exceção da zona subgranular e do hilo) e microgliose em todos os subcampos (exceto pelo subículo) dos casos com ELT. Pacientes com ELT apresentaram redução na expressão de aquaporina 4 perivascular em todos os subcampos do hipocampo, comparados ao CHR. Aumento nos níveis de sulfato de condroitina foi observado em todos os subcampos da formação hipocampal, à exceção da camada granular, nos pacientes com ELT. O volume hipocampal e a transferência de magnetização in vivo dos pacientes com ELT correlacionaram-se tanto com a população neuronal como com os níveis de sulfato de condroitina, enquanto que o tempo de relaxamento in vivo correlacionou-se com a população astroglial e os níveis de sulfato de condroitina. O exame ex vivo corroborou a correlação entre a população glial e o tempo de relaxamento observado nos pacientes com ELT. A diferença entre o tempo de relaxamento in vivo e ex vivo correlacionou-se tanto com a difusibilidade da água no tecido como com os níveis de sulfato de condroitina. Conclusões: Nossos dados indicam correlação entre a patologia hipocampal e as imagens de ressonância nuclear magnética, sendo que a maior qualidade das imagens ex vivo permitiu uma avaliação mais direta entre o sinal de ressonância e a patologia, indicando importância da população celular e matriz extracelular para o volume hipocampal e a transferência de magnetização, e da astrogliose para o tempo de relaxamento T2. Finalmente, nossos dados mostraram que CA1, subículo e fascia dentata tem grande participação no volume hipocampal, sendo que alterações nestas regiões tem um papel mais relevante nas alterações observadas na ressonância magnética, como indicado por nossas correlações. / Rationale: Drug resistant temporal lobe epilepsy is often associated with hippocampal sclerosis. Histological evaluation reveals differential neuronal loss, gliosis and changes in molecules associated with water homeostasis, such as aquaporin 4 and chondroitin sulfate. Magnetic resonance imaging in these cases often reveals hippocampal atrophy, increased T2 signal and T2 relaxation and reduced magnetization transfer ratio in the hippocampus. Aims: Once both T2 signal and magnetization transfer are affected by tissue water, our goal was to evaluate, in the hippocampus of drug-resistant temporal lobe epilepsy patients who underwent surgery for seizure control, the associations between cellular populations, aquaporin 4 and chondroitin sulfate with T2 relaxation time and magnetization transfer. Additionally, we intended to measure the individual volume of each hippocampal subfield in hippocampus from patients without neurological disease. Methods: Patients with drug-resistant temporal lobe epilepsy (TLE, n = 43) and age-matched health volunteers (radiological control, RC, n = 20) were submitted to magnetic resonance in a 3T machine for hippocampal volumetry measure, T2 relaxation and magnetization transfer (in vivo examination). After surgical treatment for seizure control, hippocampi from the TLE patients were fixed in formalin for 8 days and then submitted to ex vivo imaging in 3T for relaxation time of every hippocampal subfield. Control hippocampi were obtained from autopsies of age-matched patients without ante mortem history of neurological disease or post mortem neurological pathology, and underwent the same ex vivo imaging (histo-radiological control, HRC, n = 14). Six cases from the HRC underwent 3D T2 imaging in a 4.7T machine, in order to measure the volumes of the hippocampal subfields. Paraffin embedded hippocampal sections from TLE and HRC were submitted to Hematoxilin-Eosin and Luxol Fast Blue histochemistries, and to immunohistochemistries for the evaluation of neurons (NeuN), reactive astrocytes (GFAP), activated microglia (HLA-DR), for aquaporin 4 (AQP4) and for chondroitin sulfate (CS-56). Students t-test or Mann-Whitneys test were performed for comparison between groups, and correlation tests were performed for the comparison between histological and magnetic resonance measures. Results: Patients with TLE presented reduced hippocampal volume, increased T2 relaxation time and reduced magnetization transfer, when compared to RC. The ex vivo volumetry of the hippocampal subfields revealed that fascia dentata, CA1 and subiculum together correspond to 85 % of the total hippocampal volume. Ex vivo relaxation time, as the in vivo, were increased in the subfields of TLE patients, when compared to HRC. Compared to HRC, TLE patients presented neuron loss and microgliosis in all hippocampal subfields but the subiculum, and astrogliosis in all hippocampal subfields but the subgranule zone and the hilus. Reduced perivascular aquaporin 4 was observed in all hippocampal subfields of TLE patients, and increased chondroitin sulfate was observed in all hippocampal subfields, with the exception of granule cell layer, of TLE patients, when compared to HRC. In TLE, both in vivo hippocampal volume and magnetization transfer correlated with the levels of chondroitin sulfate and the neuronal population, whereas the in vivo relaxation time correlated with the astroglial population and the levels of chondroitin sulfate. Ex vivo relaxation time also correlated with the astroglial population in TLE patients. The difference between in vivo and ex vivo relaxation values correlated with water difusibility and the levels of chondroitin sulfate. Conclusion: Our data indicate the importance of neuron population and extracellular matrix to both hippocampal volume and magnetization transfer, and of the reactive astrocytes for T2 relaxation. Ex vivo relaxation time allowed a more detailed evaluation, and indicated more robust correlations between reactive astrocytes and T2 relaxation. Finally, Our data indicated that CA1, the subiculum and fascia dentata are the major contributors to hippocampal volume, so changes in these subfields most likely will affect magnetic resonance imaging.

Introdução: A lesão axonal traumática (LAT) ou lesão axonal difusa (LAD) esta presente em grande parte dos traumatismos crânio-encefálicos (TCE), sendo importante causa de mortalidade e morbidade das suas vítimas. A LAT dispara uma sequência de mudanças neurodegenerativas encefálicas que são, paradoxalmente, acompanhadas por recuperação cognitiva. Objetivo: Avaliar quantitativamente a LAT, através da razão de transferência de magnetização (RTM) e de medidas volumétricas para caracterizar a evolução temporoespacial das mudanças macroscópicas e microscópicas e investigar possível correlação entre elas, auxiliando no entendimento da sua fisiopatologia. Este estudo ainda investigou correlação entre atrofia e dano axonal/mielínico e a evolução funcional. Métodos: Imagens 3D-T1, 3DGE (PRESTO) e de transferência de magnetização (ITM) foram obtidas de 26 pacientes vítimas de TCE moderado e grave e de 26 controles, de idade e sexo semelhantes. Os pacientes foram submetidos a RM com 2 (fase aguda tardia/subaguda), 6 (crônica precoce) e 12 (crônica tardia) meses do TCE. A RM foi realizada nos controles em apenas uma única ocasião. Através de métodos automatizados, calculou-se o volume da substancia cinzenta (SC), da substancia branca (SB) e do encéfalo total (ET), ajustando-os pelo volume intracraniano. A partir de histogramas da RTM obtidos das mesmas regiões, calculou-se a média e os percentis 25, 50 e 75% da RTM. As imagens PRESTO foram usadas na exclusão dos focos hemorrágicos da análise da RTM, nos pacientes. A evolução funcional foi medida pela escala prognostica de Glasgow (EPG), realizada um ano após o TCE. Resultados: A RTM media e o volume foram significativamente diferentes nos pacientes e nos controles. Os pacientes apresentaram RTM media maior (p < 0,05) e volume menor na SC e ET, desde o primeiro exame (fase aguda tardia/subaguda precoce). Na SB, valores menores tanto da RTM media (p=0,02) quanto do volume (p=0,009) foram observados nos pacientes apenas no terceiro exame (fase crônica tardia). Redução progressiva da RTM media dos pacientes foi observada em todos os compartimentos, estimada em 1,14% na SC, 1,38% na SB e 1,40% no ET durante todo o estudo. Houve também redução volumétrica gradual da SB e do ET, com taxa de atrofia total de 3,20% e 1,50%, respectivamente. Não houve relação entre redução da RTM media e atrofia. Nenhum dos parâmetros mostrou valor prognostico nas fases subaguda ou crônica precoce. Conclusões: A LAT resulta numa rarefação axonal/mielínica e redução volumétrica progressiva do tecido encefálico, que se perpetua por até um ano do trauma. As mudanças são mais expressivas e prolongada na SB. A redução do volume e da RTM media se mostraram independentes na LAT. Isso sugere que os dois parâmetros reflitam aspectos complementares da fisiopatologia da LAT, em níveis micro e macroestrutural / Introduction: Traumatic axonal injury (TAI) or diffuse axonal injury (DAI) is a frequent component of traumatic brain injury (TBI) and a major cause of mortality and morbidity in this population. It triggers a sequence of degenerative changes in the brain, that are paradoxically accompanied by cognitive recovery. Purposes: The present study used magnetization transfer ratio (MTR) and volumetric data to appreciate the spatiotemporal evolution of macroscopic and microscopic changes and investigate possible correlation between them, enhancing the knowledge about its pathophysiology. It also investigated correlation between atrophy and axonal/myelin damage and functional outcome. Methods: Volumetric T1-weighted, 3DGE (PRESTO) and magnetization transfer images (MTI) were obtained from 26 patients who experienced moderate to severe TBI and 26 age- and sex-matched controls. Patients were scanned at 2 (late acute/subacute stage), 6 (early chronic) and 12 months (late chronic) postinjury and controls, only once. Whole brain (WB), gray matter (GM) and white matter (WM) volumes were measured using automated technique and adjusted for intracranial volume. Histogram analysis was performed in the same regions, with calculation of the mean MTR and its 25, 50 and 75% percentiles. The PRESTO images were used to exclude the small lesions from the MTR analysis in the patients. Functional outcome was assessed 12 months after injury using the Glasgow Outcome Scale (GOS). Results: Mean MTR and volume were significantly different between patients and controls. Patients presented higher mean MTR values (p < 0,05) and smaller volume (p < 0,05) in the GM and WB, as of the first exam (late acute/subacute stage). In the WM, reduction of both, the mean MTR (p=.02) and volume (p=.009), was observed only in their third exam (late chronic stage). Progressive decrease of patients\' mean MTR was observed in all compartments, with rates of 1.14% for the GM, 1.38% for the WM and 1.40% for the WB across the study. Continuing reduction of the WM and WB volume was also observed, with total atrophy rate of 3.20% and 1.50%, respectively. No correlation between mean MT and the volumetric changes was found. None of the parameters showed prognostic value during the subacute and early chronic stages. Conclusions: TAI results in a progressive axonal/myelinic rarefaction and volumetric brain reduction that continues until a year postinjury. The changes are greater and lasts longer in the WM. The reduction in the volume and mean MTR were independent between them in TAI. This suggests that the two parameters reflect complementary aspects of the TAI pathologic lesion at macro and microstructural levels