Implementação e Avaliação de Métodos de Relaxometria 2D para Recuperação Simultânea de T1-T2 via ILT no Espectrômetro DMRS

A Relaxometria por Ressonância Magnética Nuclear no domínio do tempo (RMN-DT) permite obter os tempos de relaxação T₁ e T₂, fornecendo informações sobre os mecanismos de relaxação e possibilitando a caracterização das amostras. Tradicionalmente, T₁ e T₂ são obtidos separadamente pelas sequências Inversion Recovery (IR) e Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG), respectivamente. A Relaxometria Bidimensional (2D) permite obter T₁ e T₂  simultaneamente, reduzindo o tempo de aquisição. 

Neste trabalho foram implementados e analisados três métodos de Relaxometria 2D no Digital Magnetic Resonance Spectrometer (DMRS): IR-CPMG, SR-CPMG e PIR-CPMG, baseados em diferentes preparações da magnetização longitudinal seguidas por um trem de ecos CPMG. O IR-CPMG inverte completamente a magnetização longitudinal, proporcionando maior alcance dinâmico e melhor relação sinal-ruído (SNR), porém com maior tempo de aquisição. O SR-CPMG utiliza saturação da magnetização, permitindo recuperação mais rápida e redução do tempo de aquisição, mas com menor amplitude de sinal e maior suscetibilidade ao ruído. O PIR-CPMG busca um compromisso entre essas características, com uma recuperação parcial da magnetização antes da inversão, devido a um pulso de 90° seguido de um tempo de polarização parcial, reduzindo o tempo total sem perda significativa de SNR.

O DMRS, espectrômetro desenvolvido pelo CIERMag baseado em Field Programmable Gate Arrays (FPGA) e integrado ao software Python Magnetic Resonance Framework (PyMR), permite flexibilidade na programação das sequências de pulso com a Linguagem F, proprietária do CIERMag, e no processamento dos dados. Os experimentos foram realizados em um sistema operando a 0,54 T (23,25 MHz para ¹H), utilizando bobina solenoidal de RF e pulsos de 30 µs. Para validação inicial foi utilizada uma amostra de CuSO₄ 0,5 g/L, enquanto água desmineralizada foi usada na análise de eficiência temporal. Também foi analisada uma mistura de água e óleo mineral na proporção 2:1, visando investigar distribuições de relaxação por Transformada Inversa de Laplace (ILT).

Os resultados para a amostra de CuSO₄ mostraram concordância entre os métodos 2D e os métodos IR e CPMG. O método IR-CPMG apresentou os menores erros percentuais para T₁ e T₂, além de mapas T₁-T₂ com picos mais intensos e menos difusos, indicando melhor SNR e maior precisão. O SR-CPMG apresentou maior alargamento na direção de T₁ e maiores erros percentuais, comportamento associado ao menor alcance dinâmico da magnetização longitudinal. O PIR-CPMG apresentou comportamento intermediário, equilibrando boa definição dos picos com menor tempo de aquisição.

Na análise de eficiência temporal utilizando água, os métodos PIR-CPMG e SR-CPMG permitiram reduzir o tempo total de aquisição de 107 min para 85 min e 80 min, respectivamente, por meio da redução do tempo máximo de recuperação e do tempo de repetição (TR). PIR-CPMG manteve valores de T₁ e T₂ muito próximos aos obtidos pelos métodos convencionais, apresentando erros inferiores a 1 %, enquanto SR-CPMG apresentou maior desvio, especialmente em T₂. 

Para a mistura água-óleo, as distribuições de T₂ obtidas por ILT permitiram identificar qualitativamente os dois componentes associados às fases óleo mineral e água. Como a ILT constitui um problema matematicamente mal posto, a análise quantitativa foi baseada na posição dos picos dominantes e na largura à meia altura, utilizada como indicador do intervalo de confiabilidade das distribuições. O IR-CPMG apresentou os menores erros percentuais em relação ao CPMG convencional. O PIR-CPMG apresentou deslocamentos maiores dos picos, porém demonstrou maior consistência entre as triplicatas, com menores desvios padrão e melhor sobreposição das distribuições. Observou-se ainda que PIR-CPMG e SR-CPMG apresentaram distribuições com picos ligeiramente mais estreitos para ambos os componentes, possivelmente devido ao menor tempo de aquisição. Como a mistura água-óleo sofre separação gradual de fases ao longo do tempo, aquisições mais rápidas podem reduzir alterações estruturais da amostra durante a medida.

Conclui-se que os métodos 2D implementados no DMRS reproduziram adequadamente os resultados dos métodos convencionais, apresentando diferentes compromissos entre precisão e tempo de aquisição. O IR-CPMG apresentou maior exatidão, o SR-CPMG proporcionou os menores tempos de aquisição e o PIR-CPMG mostrou o melhor equilíbrio entre rapidez e precisão.O DMRS mostrou-se flexível para programação de métodos de RMN, com a integração entre o hardware, o PyMR e a Linguagem F demonstrando o potencial do sistema para futuras aplicações em Relaxometria 2D e outros métodos.  Como perspectiva futura, pretende-se realizar a análise das distribuições de T₁ por ILT 1D.