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Abstract
La resolución en experimentos de resonancia magnética nuclear (RMN) con gases que hacen uso de gradientes de campo magnético, suele verse reducida debido a la rápida difusión de los mismos. En este artículo se presenta una solución a este problema basada en la mezcla de gases hiperpolarizados con láser (3He o Xe) con otros gases más pesados o más ligeros. De este modo, el coeficiente de difusión es modificado hasta en un orden de magnitud. La señal de imágenes en una dimensión de 3He es descrita en función de la concentración en una mezcla binaria de gases, y se muestra la existencia de una concentración óptima para ciertos parámetros de resolución en las imágenes. Los experimentos muestran que con dicha concentración, se consiguen ganancias de hasta 10 veces la señal del 3He puro, concordando con la teoría para difusión no restringida. Finalmente, se ilustra el método en imágenes 2D de 3He mezclado con diversos gases en un pulmón, que contiene cavidades restrictivas de diversos tamaños.
Palabras clave: IRM de gases, difusión restringida, pulmón, gases inertes, contraste, gases hiperpolarizados
Abstract
Diffusion influence on gas magnetic resonance imaging. Resolution of nuclear magnetic resonance (NMR) experiments with gases employing magnetic field gradients is greatly reduced due to their rapid diffusion. In this paper, we present a solution to this problem based on a mixture of gases hyperpolarized with laser (LP) (3He or Xe) with other heavier and lighter buffer gases. In this way the diffusion coefficient can be modified up to one order of magnitude. The signal of 1D images of 3He is described as a function of the concentration in a binary mixture of gases, and we show the existence of an optimum concentration for some image resolution parameters. Experiments show that with this concentration, the signal can gain an increase of up to 10 times the signal with pure 3He, in agreement with the theory of non-restricted diffusion. Finally, the method is illustrated with 2D images of LP-3He mixed with several gases in a lung containing restrictive cavities with different sizes.
Key words: gas MRI, restricted diffusion, lung, buffer gas, contrast, hyperpolarized gases
Resumo
Influência da difusão nas imagens de ressonância magnética de gases. A resolução nos experimentos de ressonância magnética nuclear (RMN) com gases que usam gradientes de campo magnético, frequentemente é reduzida por causa da rápida difusão dos mesmos. Neste artigo apresenta-se uma solução para este problema baseada na mistura de gases hiperpolarizados com laser (3He ou Xe) com outros gases mais pesados ou mais leves. Desta forma, o coeficiente de difusão é modificado até uma ordem de magnitude. O sinal de imagens numa dimensão de 3He é descrita em função da concentração numa mistura binária de gases, e se mostra a existência de uma concentração otimizada para certos parâmetros de resolução das imagens. Os experimentos mostram que com essa concentração, conseguem-se ganâncias de até 10 vezes o sinal do 3He puro, concordando com a teoria para a difusão não restringida. Finalmente, ilustra-se o método em imagens 2D de 3He misturando com diversos gases num pulmão, que contem cavidades restritivas de diversos tamanhos.
Palavras chave: IRM de gases, difusão restringida, pulmão, gases inertes, contraste, gases hiperpolarizados
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