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1 1 1. INTRODUÇÃO Após a descoberta dos raios-x, em 8 de novembro de 1895, pelo professor de física teórica, doutor Wilhem Conrad Röentgen, e sua aplicação na medicina, vários outros métodos de diagnósticos por imagem surgiram, dentre eles a Ressonância Magnética (RM), que se resume em um método de diagnóstico que produz imagens de alta qualidade e excelente resolução espacial. Nos últimos anos, as imagens por RM têm se firmado como importante ferramenta de diagnósticos e representa um dos métodos mais avançados na medicina desde a descoberta dos raios-x. Sua descoberta é atribuída a Felix Bloch e Edward Purcell, que descobriram o fenômeno da Ressonância Magnética em Em 1971, Raymond Damandian estimulou os cientistas a reconhecerem a RM como um grande método de detecção de patologias, que foi apresentada a sociedade em 1973 por Paul Lauterbur. Ainda hoje algumas pessoas se referem a essa aplicação de diagnóstico classificandoa como Ressonância Magnética Nuclear, porém o termo nuclear foi extinto por gerar associação à radioatividade, o que não procede neste método de diagnóstico por imagem, pois a RM é um fenômeno físico de troca de energia entre forças periódicas e corpos animados por movimentos. A RM aplicada ao diagnóstico por imagem utiliza-se dos núcleos dos átomos de hidrogênio que trocam energia com ondas eletromagnéticas aplicadas por pulsos de radiofreqüência (RF). O objetivo deste trabalho é apresentar o conceito complexo de RM de forma sucinta para aqueles que anseiam por um nível de entendimento adequado a uma avaliação das imagens obtidas por esse meio de diagnóstico.

2 2 2. OBJETIVO Este trabalho tem como objetivo informar a sociedade dos benefícios advindos do uso do método de diagnóstico por imagem, conhecido como ressonância magnética. Trata-se de um exame de alta definição tecidual usado para diagnosticar possíveis patologias e proporcionar ao médico informações anatômicas suficientes para um diagnóstico preciso. É também objetivo deste trabalho conscientizar os usuários de que a ressonância magnética consiste em um exame considerado altamente seguro, por não fazer utilização de radiação ionizante e conseqüentemente não provocar malefícios ao organismo do paciente.

3 3 3. HISTÓRICO DA RESSONÂNCIA MAGNÉTICA A descoberta dos raios-x em 1895 pelo físico alemão Wilhelm Conrad Röentgen desencadeou vários outros métodos de diagnósticos por imagem, dentre eles a RM, que pode ser definida como um exame sofisticado que não utiliza radiação ionizante, seu método de capturas de imagens é feita através de ondas de RF e um forte campo magnético, podendo examinar estruturas em diferentes planos e cortes de todo o corpo. Figura 1: Wilhelm Conrad Roentgen. Heinrich Rudolf Hertz começou a estudar as ondas de radiofreqüência e descobriu que sua velocidade de propagação é igual à velocidade da luz no vácuo, que seu comportamento é análogo ao da luz, e que oscilam num plano que contém a direção e propagação das ondas. Ele demonstrou também a refração, reflexão e a polarização delas. Figura2: Heinrich Rudolf Hertz.

4 4 Após a descoberta dos raios-x, Pieter Zeeman, da Universidade de Leiden, orientado por seu professor Hendrick Lorentz, descobriu o processo do magnetismo e o denominou efeito Zeeman. Esse processo consiste em um raio de luz de uma fonte colocada em um campo magnético (Bo). Lorentz publicou um artigo no qual apresentou a teoria das partículas carregadas, denominadas por ele de íons, com o qual afirmou que são as oscilações dessas partículas constituintes dos corpos ponderáveis as responsáveis pela emissão do espectro luminoso de alguns deles. Essa descoberta confirmou a teoria de Lorentz de radiação eletromagnética e ajudaram os físicos na investigação dos átomos. Ambos dividiram o prêmio Nobel de Física em Figura 3: Pieter Zeeman. Em1897, o físico e matemático Irlandês Joseph Larmor apresentou os efeitos de um campo magnético sobre as partículas carregadas que se sobrepuseram à freqüência precessional. Joseph Larmor foi o primeiro a calcular a taxa de energia a partir de um elétron acelerado e por meio desse cálculo desenvolveu a fórmula da denominada de freqüência de Larmor. Figura 4: Joseph Larmor.

5 5 Isodor Issac Rabi foi o primeiro a detectar a ressonância magnética (1934) e, desde então, mediu o momento magnético do próton na detecção de átomos leves, como o hidrogênio nos hidrocarbonetos e assim uma forma não invasiva nem prejudicial de estudar o corpo humano. Chama-se de ressonância magnética o fenômeno pelo qual um núcleo absorve ondas eletromagnéticas de uma freqüência específica, na presença de um forte Bo. Figura 5: Isaac Rabi. Nos anos de 1945 e 1946, duas equipes, Bloch e seus colaboradores na Universidade de Stanford e Purcell, com seus colaboradores na Universidade de Harvard, procurando aprimorar a medida de momentos magnéticos nucleares, observaram sinais de absorção de radiofreqüência dos núcleos de hidrogênio na água e na parafina (sólidos e líquidos). Essas substâncias eram energizadas magneticamente e bombardeadas por radio freqüência (RF). Os átomos se excitavam emitindo sinais que eram detectados e gravados como imagens espectroscópicas. Os dois grupos foram agraciados com o prêmio Nobel de Física em Quando Packard e outros assistentes de Bloch substituíram a água por etanol, entre 1950 e 1951, notaram que havia três sinais (um tripleto) e não somente um sinal (um singleto), o que os decepcionou. Entretanto, esse aparente fracasso veio a indicar alguns dos aspectos mais poderosos da técnica: a múltipla capacidade de identificar a estrutura pela análise de parâmetros originados de acoplamentos mútuos de grupos de núcleos interagentes.

6 6 Figura 6: Felix Block. Figura 7: Edward Purcell. Lauterbur desenvolveu os gradientes no Bo x, y, e z, o que permitiu determinar a origem das ondas de rádio emitidas pelo núcleo atômico do objeto de estudo. Esta informação regional permitiu a primeira produção de fotografias bidimensionais de um molusco vivo. As primeiras experiências deste químico levaram-no a testar tubos de ensaio com água pesada e com água normal, de modo a permitir que a imagem gerada e seu protótipo se distinguissem. O inglês Peter Mansfield desenvolveu o trabalho de Lauterbur um pouco mais, criando processos matemáticos que permitissem a leitura das imagens anatômicas. Ambos acabaram por ser galardoados com o Prêmio Nobel de Medicina em 2003 pelo trabalho desenvolvido com esta tecnologia. Figura 8: Paul Lauterbur. Em 1975, Richard Ernst propôs o exame de RM utilizando a codificação em fase e frequência e a transformação de Fourier, que é a base técnica da RM atual, tendo como principio a conversão de sinais em imagem por RM. Em 3 de julho de 1976, ocorreu algo que mudaria o cenário da medicina moderna, embora mal tenha sido notado fora da comunidade de pesquisas médicas: foi feito o primeiro exame de ressonância magnética em ser humano. Foram necessárias quase cinco horas para produzir uma imagem que foi focada mais nas mãos e tórax, e, posteriormente em 1977, na cabeça e no abdômen. Se compararmos com os padrões atuais, as imagens tinham uma baixa definição. Dr. Raymond Damadian, Dr. Larry Minkoff e Dr. Michael Goldsmith trabalharam durante sete longos anos para chegar a esse ponto, devido sua complexidade denominaram a primeira máquina de "Indomável", numa forma de captar o espírito de sua luta para fazer o que todos diziam ser impossível.

7 7 Em 1983, após grandes melhorias resultantes de trabalhos contínuos, os aparelhos de RM de corpo inteiro apresentavam um conjunto de sistemas capazes de realizar exames de imagens com maior resolução espacial em curto período de tempo. No Brasil o primeiro equipamento de RM (1986), foi instalado no hospital Israelita Albert Einsten em São Paulo. Figura 9: Primeiro equipamento de RM. A imagem por RM produz cortes nos planos axiais, sagitais e coronais, para o melhor estudo de estruturas corpóreas. Esses recursos permitem ao médico uma visão com maior riqueza de detalhes sobre o tamanho e a composição do tecido corporal a ser examinado. Esses pequenos detalhes podem ser decisivos na hora de interpretar uma imagem diagnóstica. Figura 10: Imagem do encéfalo em axial, coronal e sagital.

8 8 4. PRINCÍPIO FÍSICO A RM faz utilização de um forte Bo e pulsos de ondas RF. Muito diferente dos raios-x, suas imagens são obtidas colocando-se o paciente sob a ação de um Bo constante, certos átomos do corpo como o hidrogênio alinham-se e movem-se na mesma direção do Bo, assim, quando uma onda de rádio trafega pelo corpo, os átomos de hidrogênio liberam um sinal. Este sinal será base para a formação de imagem em RM. Para o melhor entendimento do assunto é imprescindível que conheçamos as estruturas que compõem um modelo atômico. O átomo é considerado a menor unidade de um elemento químico, possuindo um núcleo que contém prótons e nêutrons e uma eletrosfera constituída por elétrons que se movimentam em órbita ao redor do núcleo. Figura 11: Representação do átomo. A imagem de raios-x é formada através da interação com os elétrons que produziram sinais predominantes para a aquisição da imagem. De forma antagônica a RM, produz a imagem através da interação com o núcleo dos átomos. O núcleo atômico se torna responsável por quase toda a massa de um átomo, embora saibamos que elétrons e prótons são numerosos, mas possuem cargas opostas que se neutralizam, com quantidades parecidas a fim de manter um equilíbrio atômico. Os núcleos ativos em RM se caracterizam por sua tendência a se alinharem a um Bo. Isto ocorre quando o número de massa é impar, isto é, há um número par de nêutrons e um ímpar de prótons ou vice-versa.

9 9 Tabela de núcleos apropriados para RM: Tabela 1: Núcleos ativos em RM 4.1 Movimentos no interior dos átomos Existem três movimentos presentes no interior dos átomos. São eles: Elétrons girando sobre seu próprio eixo; Elétrons em órbita em torno do núcleo; O próprio núcleo girando sobre seu próprio eixo. A imagem por ressonância magnética (IRM) utiliza dos núcleos dos átomos de hidrogênio que trocam energia com ondas eletromagnéticas aplicadas por pulsos de RF. O átomo de hidrogênio é o elemento mais simples que temos na tabela periódica, possui apenas um próton em seu núcleo. Figura 12: Átomo de hidrogênio.

10 Por que o hidrogênio? A utilização do átomo de hidrogênio na obtenção de IRM se deve por três motivos: 1. O hidrogênio é um dos principais constituintes da matéria orgânica, átomo de maior abundância no corpo humano; 2. Suas características se manifestam de forma diferente entre o hidrogênio presente no tecido normal e no patológico; 3. O próton de hidrogênio possui maior momento magnético, por isso possui uma maior sensibilidade ao Bo. O sinal obtido é cerca de vezes mais forte do que qualquer outro. 4.3 Magnetização Os prótons de hidrogênio se comportam como um pequeno magneto. Isso se deve ao fato de os mesmos possuírem cargas elétricas e um movimento de rotação sobre seu próprio eixo (spin), consequentemente gerando um momento magnético. Como sabemos, carga elétrica em movimento gera um Bo ao seu redor. E é com esse pequeno Bo gerado ao redor do átomo de hidrogênio que o magneto realizará trocas energias. Figura 13: O próton de hidrogênio pode ser visualizado como uma pequena esfera (1), que possui uma propriedade chamada de spin (2), por possuir carga positiva (3), produzirá um Bo ao seu redor (4), comportando-se como um pequeno imã (5), com um momento magnético. 4.4 Alinhamento

11 11 Sem a presença de um Bo os núcleos de hidrogênio estariam orientados aleatoriamente. Se esses núcleos de hidrogênios são submetidos a um Bo estável, alinham-se a esse Bo. Segundo a física quântica, as propriedades da radiação eletromagnética estão relacionadas à quantidade discreta de energia e não de ondas. Administrando a física quântica à imagem por Ressonância Magnética (IRM), é possível afirmar que os núcleos de hidrogênio possuem apenas dois estados de energia: alta e baixa. Os núcleos de baixa energia irão se alinhar de forma paralela ao Bo, classificados como núcleos spin up, já os de alta energia terão um alinhamento antiparalelo, denominados spin down. Figura 14: Momentos magnéticos orientados aleatoriamente. Figura 15: Momentos magnéticos orientados sob ação do Bo. As razões pelas quais os núcleos de hidrogênio se alinham paralelamente ou antiparalelamente está estritamente ligada à potência do Bo e ao nível de energia térmica dos núcleos. Os núcleos de baixa energia térmica não possuem força o suficiente para se opor ao Bo. Os núcleos de alta energia térmica possuem força o suficiente para se opor ao Bo e essa energia térmica é determinada pela temperatura corpórea do paciente. Há sempre um menor número de núcleos com energia elevada do que de baixa energia, o que significa que o número de núcleos alinhados de forma paralela será superior aos que serão alinhados de forma antiparalela. Essa proporção de oposições dos núcleos resulta no que chamamos de equilíbrio dinâmico, ou seja, os núcleos de baixa energia absorvem energia do meio e passam para o lado com mais energia, ao passo que os núcleos de alta energia se comportam de forma oposta, liberando energia para o meio e se localizando no lado de baixa energia. Com a existência de maior quantidade de momentos magnéticos alinhados paralelamente, existe sempre um excesso na direção que gera um momento de magnetização

12 12 efetiva. O momento magnético efetivo do hidrogênio é classificado de vetor de magnetização efetiva (VME). 4.5 Movimento de precessão A influência do Bo produz rotação adicional do VME. Esta rotação secundária é denominada de movimento de precessão, que se assemelha ao movimento de pião quando este esta perdendo sua força. Como já citado anteriormente, há duas populações de núcleos de hidrogênio, os spin up e spin down, o momento magnético de ambos fazem precessão em torno do Bo. Figura 16: Representação de precessão dos prótons ao redor do eixo Z do Bo. 4.6 Frequência de precessão O número de movimentos de precessão por unidade de tempo é classificada como frequência de precessão e essa unidade de freqüência é medida em megahertz (MHz). O valor da frequência de precessão de cada átomo é obtido através da equação de Larmor. ω= γxb0 onde: ω Corresponde à freqüência precessional; γ Corresponde à razão giromagnética; Bo Corresponde à potência do campo magnético.

13 13 A razão giromagnética é a ralação entre o momento angular (orientação do núcleo em ângulo para o Bo) e o momento magnético de cada núcleo. A razão giromagnética do hidrogênio é de 42,57 MHz/T. 4.7 Efeito de Ressonância O efeito de ressonância ocorre quando um material é exposto à perturbação oscilatória que possui uma freqüência aproximada de sua freqüência natural de oscilação. Para entendermos o que é ressonância precisamos conhecer os elementos de uma onda. Elementos de uma onda: Crista ou vale: ponto mais alto ou mais baixo de uma onda; Amplitude: distância de uma crista ou vale até seu ponto de equilíbrio; Freqüência: número de oscilações por unidade de tempo; Comprimento de onda: distância entre uma crista e outra. Figura 17: Representação de elementos de onda. Cada onda tem seu padrão vibratório. Quando duas ondas têm a mesma freqüência, suas amplitudes se somam por interferência, provocando o que conhecemos como fenômeno de ressonância. Um exemplo de ressonância é um pêndulo ou uma criança em um balanço: se aplicarmos uma fração de força no momento errado não ocorrerá uma resposta útil, isto é, se empurrarmos o balanço no momento em que o mesmo retorna em nossa direção, diminuiremos sua velocidade ou até mesmo podemos pará-lo. Mas se aplicarmos uma fração de força no momento adequado, entraremos em ressonância. O mesmo conceito é válido para o pêndulo.

14 14 Figura 18: Representação de ressonância. Como resultado do fenômeno de ressonância, é possível observar que o VME se afasta do alinhamento paralelo ao Bo, criando um ângulo entre ele e o Bo. Este ângulo é denominado ângulo de inclinação, em inglês, flip angle. 4.8 Excitação O efeito de ressonância em um exame por RM ocorre de forma análoga ao exemplo do movimento do balanço. Um pulso de RF calculado será emitido na mesma freqüência de precessão dos núcleos de hidrogênio entrando em ressonância com os mesmos. Isso resultará em um aumento no movimento de precessão, fazendo com que o VME seja transferido para o plano transversal. Para isso, usamos um pulso de 90 conhecido como pulso de excitação. O ângulo de inclinação pode ser de 5 a 180, o pulso de 180 também é conhecido como pulso de inversão. Os núcleos de hidrogênio que antes se encontravam fora de fase, agora passam a entrar em fase, ou seja, adquirem a mesma posição na trajetória precessional, representados agora por um único VME no plano transverso, girando na freqüência de Larmor em torno do Bo. Figura 19: Pulso de excitação e pulso de inversão.

15 15 Figura 20: Núcleos em fase. Quando cessado o pulso de RF, os núcleos de hidrogênio voltarão ao seu alinhamento em direção ao Bo (relaxamento). Nesse momento de retorno, o núcleo de hidrogênio emitirá um sinal (eco), que será captado por uma bobina. Esse sinal será responsável por levar informações sobre o tecido para o equipamento e será ele responsável pela formação da imagem por RM, ou seja, o VME gera em uma bobina próxima uma corrente elétrica que constitui o sinal em RM. Esse processo será repetido várias vezes para formar uma única imagem. O intervalo entre um pulso de RF e outro é denominado como tempo de repetição (TR). Nesse intervalo ocorre o que chamamos de tempo de eco (TE), que é o tempo de recepção de sinais que vai de uma aplicação de um pulso de RF ao pico máximo do sinal induzido. Gráfico 1: Sequência de pulso 4.9 Tempo de relaxamento T1, T2 e DP. Em RM temos o tempo de relaxamento T1, T2 e DP, e, no relaxamento T1, a visualização da gordura será exibida em tom mais brilhante (hiperintensa). Além disso, T1 é o tempo necessário para os prótons recuperarem 63% da magnetização longitudinal. Após a aplicação de um pulso de RF, os núcleos dos átomos de hidrogênio serão conduzidos ao plano transverso. As moléculas de gordura, por serem mais densas, sofreram

16 16 esse desvio de forma mais lenta, mantendo-se mais próximas do plano longitudinal. Por esse motivo, quando cessado o pulso de RF em um TR curto, as moléculas de gordura terão um retorno mais rápido por estarem mais próximas do plano longitudinal, tendo assim um sinal mais forte. Em T2 obteremos uma imagem com melhor visualização das partes líquidas que compõe determinada estrutura. Assim, relaxamento T2 é o tempo necessário para os prótons atingirem 37% da magnetização transversa. Em T2 as moléculas de gordura se afastarão mais do plano longitudinal, quando cessado o pulso de RF em um TR longo. O líquido, por ser menos denso, retornará de forma mais rápida e emitirá um sinal mais intenso. Na RM o sinal é colhido quando ocorre o relaxamento do pulso de RF, que influenciará no contraste da imagem de acordo com o tecido e a sequência em estudo. O estudo, em uma sequência de pulso T1o hipersinal, é da gordura, captado na recuperação dos prótons a 63% da magnetização longitudinal, o que produz uma boa imagem para avaliar anatomia. Quando se trata de T2, o melhor sinal é da água, e sua captação ocorre no relaxamento de 37% da magnetização transversa, sendo a melhor imagem para avaliar uma patologia. Temos ainda o contraste em DP, mas para obter essa ponderação faz se necessário diminuir os efeitos dos contrastes T1 e T2, obtendo valores intermediários aos mesmos. T1: TR: < 700ms(curto) / TE: < 40ms(curto); T2: TR: > a ms aproximadamente (longo) / TE: >80 à 120ms(longo); DP: TR: 800 a 1.500ms (longo) / TE: < 40ms(curto). As imagens em RM podem ser saturadas no estudo da água ou da gordura, realizando variações no TR e no TE. Figura 21: Imagem em T1, T2, densidade de prótons Espaço K

17 17 Como já citado, os fenômenos de excitação e relaxamento dos núcleos dos átomos de hidrogênio serão repetidos várias vezes para a formação da imagem. Dentre essas repetições, vários sinais de eco serão emitidos pelos átomos. Faz-se necessário um local específico para armazenar esses sinais, para que posteriormente sejam convertidos em imagem. Esse espaço é denominado espaço K. O espaço K é uma área virtual. No decorrer da seqüência de pulso, o armazenamento é feito organizadamente neste local. Cada linha do espaço K é preenchida com dados de codificação de fase e de frequência no período de cada TR. Esse procedimento ocorre até que todas as linhas sejam preenchidas e a sequência terminada. O preenchimento linha a linha do espaço K ocorre á medida que o gradiente de codificação de fase na sequência de pulso varia sua amplitude. Quanto maior a quantidade de linhas do espaço K, mais sinal será coletado e será necessário maior quantidade de tempo para o preenchimento do espaço. Características do espaço K: Em cada ponto do espaço K existe informação de todo o corte, não existindo correspondência entre um ponto da imagem e um específico do espaço K; As linhas que se encontram no centro do espaço K estão relacionadas com o contraste da imagem de RM e a parte periférica com a resolução espacial. A imagem de RM pode ser formada por mais de um espaço K. Essa escolha é feita pelo operador do equipamento e costuma ser chamado de número de aquisições (NEX). Quanto maior a quantidade de espaço K, maior será a durabilidade do exame e melhora qualidade da imagem. O processo de conversão de imagem é matemático e baseia-se na transformação de Fourier, que transformará os dados em imagem. Após a localização espacial dos dados, coleta e armazenamento, esses estarão prontos para serem transformados em imagens.

18 18 Figura 22: Espaço k e a imagem de RM após a aplicação da transformação de Fourier. Em cada seqüência de pulso podem se utilizar formas diferentes de preenchimento do espaço K, como demonstra a figura a seguir. Figura 23: Representação de formas de preenchimentos do espaço K. A diferença entre a forma cartesiana (a) e a cêntrica (c) é que, ao invés de começar o preenchimento pelas extremidade, o método cêntrico inicial pela parte central Formação de imagem Como já citado, a conversão de imagem é feita através de cálculos matemáticos por um processo conhecido como Transformada de Fourier. Esse processo puramente matemático está além dos objetivos deste trabalho, portanto não será tratado aqui Matriz

19 19 A unidade básica de uma imagem digital é o pixel, considerado a menor parte constituinte de uma imagem e é exibido em duas dimensões, simbolizando também a unidade superficial de um determinado tecido do paciente. O voxel representa a unidade de volume de um determinado tecido do paciente e sua resolução se dá pelo pixel multiplicado pela espessura do corte. A área do pixel é determinada pelo campo de visão (CDV) e pelo número de pixels na matriz. O CDV está relacionado com a grandeza da anatomia coberta, podendo ser quadrado ou retangular. Desta maneira, a área do pixel pode ter sua resolução dada de acordo com a seguinte fórmula: Área do pixel = dimensões do CDV / tamanho da matriz. A grandeza da matriz é determinada por dois números, sendo um correspondente ao número de amostras de frequência recolhidas e o segundo referente ao número de codificações de fase executadas. Exemplo: 512x256 significa que foram recolhidas 512 amostras de frequências no período de leitura e foram executadas 256 codificações de fase. Uma Matriz grosseira é constituída por um pequeno número de pixels no CDV e uma matriz fina é formada por um número elevado de pixels no CDV, o mesmo conceito é válido para o voxel: uma matriz grosseira é formada por um pequeno número de voxels e uma matriz fina é constituída por um número elevado de voxels. Figura 24: Representação de uma matriz Relação sinal ruído

20 20 A relação sinal ruído (RSR) é a razão entre a amplitude do sinal captado pela bobina receptora e a amplitude média do ruído presente no momento da leitura do sinal. O ruído é inerente e é formado pela presença do paciente no magneto e pelo ruído elétrico de fundo do sistema. O ruído ocorre em todos os exames, sendo distribuído ao acaso no tempo e sua intensidade depende de muitos fatores como área de estudo, tamanho do paciente, tipo de sequência entre outros. Quanto maior a RSR, melhor será a qualidade da imagem adquirida durante o exame. Quanto maior a resolução da matriz menor será a área representada pelo pixel na imagem, consequentemente, menor será a quantidade de prótons contribuindo para o seu sinal. Este fator afeta negativamente a relação sinal ruído, (GONÇALVES, p21). 5. MEIO DE CONTRASTE O contraste utilizado para intensificar o sinal de RM, fazendo com que o tempo de relaxamento T1 e T2 diminua, tem em sua composição um raro elemento, o lantanoíde, com propriedades ferromagnéticas, e é denominado gadolínio. Por ser um metal pesado, ele deve ser utilizado na forma iônica (Gd3) para dissolver na água e ser usado como meio de contraste. O Gd3 é muito tóxico e pode lançar-se em vários tecidos, podendo fechar o trânsito por meio de obstrução impedindo o cálcio nas células musculares e nervosas, diminuindo assim a transmissão neuromuscular e interagir com enzimas intracelulares e membrana celular por um processo de transmetalação. Por isso o Gd3 é administrado junto com quelantes que têm moléculas orgânicas maiores como o DTPA, trazendo mais estabilidade e interferindo na trasmetalação. Todos os meios de contraste que têm como base o gadolínio possuem quelantes na sua composição, sendo de duas categorias estruturais: macrocíclicas e as lineares. Macrocíclicas possuem o Gd3 localizado no interior da molécula, dificultando a sua liberação e trazendo maior proteção ao paciente. Já as lineares são mais instáveis. A carga delas podem ser iônicas ou não iônicas. Na tabela a seguir observa-se as fórmulas de gadolínio liberado pelo FDA (Food and Drug Administration).

21 21 Tabela 2: formulação de gadolínio liberado pelo FDA. A dose usada para indivíduos com função renal considerada normal é de 0,1 mmol/kg, ao passo que, para estudos de angioressonância a dose será mais elevada. O gadolínio usado corretamente será eliminado do organismo através de filtração glomelular, em duas horas, sendo que 95% será eliminado em 24hs pela urina e 3% eliminada nas fezes. Em pacientes que sofrem de insuficiência renal, a farmacocinética dos complexos com gadolínio está alterada. Dessa forma, será removido com hemodiálise. O tempo do gadolínio em pacientes com doença renal crônica foi de 34,3 horas e caiu para 2,6 horas, nos que foram submetidos à hemodiálise e, nos que foram mantidos com diálise peritoneal, permaneceu por 52,7horas. O gadolínio junto com o quelante DTPA é denominado GdDTPA. Nos gráficos a seguir o seu grau de toxidade com testes realizados e o seu tempo de eliminação do organismo: Gráfico 2: toxidade da união do gadolínio com o DTPA. Gráfico 3: eliminação pela urina e concentração sanguínea. A principal via de administração do GdDTPA é endovenosa, feita por meio de uma bomba injetora. Após o exame, o paciente devera ficar em observação por pelo menos trinta minutos, uma vez que este poderá apresentar reações adversas, como: náusea, vômitos, alteração no paladar, sudorese, calor, rubor e ansiedade. A primeira imagem feita em humano com a administração de contraste foi em A imagem é capturada em T1. Veja a seguir imagens para comparação de diferença de tecido após aplicação de contraste e também a diferença entre a primeira imagem e as imagens atuais com a tecnologia avançada.

22 22 Figura 25: Imagens de 1983 de RM com contrate. Figura 26: Imagens atuais de RM com contraste. O meio de contraste tem como objetivo realçar patologias mostrando diferenças nos tecidos, sendo indicado para tumores e inflamações. 5.1 Contra-indicação Pacientes com insuficiência renal grave; Pacientes submetidos a transplante hepático (fígado); Hipersensibilidade ao meio de contraste. 6. EQUIPAMENTOS DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA Há equipamentos com Bo de grande variação de potência. Assim sendo, temos o de alto campo e de baixo campo, nos quais o Bo pode variar de 0,3 T até 3,0 T. Também estão disponíveis no mercado equipamentos com Bo de intensidade de 7 a 9 T, mas não são usados para diagnósticos por imagens. Podem ser considerados de alto campo os aparelhos que tenham o Bo superior a 1,5 T. Nesses aparelhos, os exames realizados terão maior qualidade de imagem e a sua tomada de sinais que formará a imagem será captada com mais rapidez e exatidão, dessa forma trazendo mais conforto para os pacientes com claustrofobia e crianças. Já os aparelhos de baixo campo têm o Bo com intensidade que pode variar de 0,3 T até 1,5 T. Esses aparelhos ainda são muito usados nos dias de hoje, por utilizarem Bo mais baixo, tendo também seu custo mais acessível para o investimento dos hospitais. Perde-se em qualidade de imagem e requer muito mais tempo do que os de alto campo, simplesmente pelo fato de seu Bo ser de menor intensidade, pois o alinhamento dos prótons de hidrogênio também seguirá esse modelo, o que significa que menos prótons de hidrogênio participarão da imagem. Assim, alguns com alta energia térmica serão alinhados de forma antiparalela ao Bo,

23 23 e, dessa forma, perde-se a capitação dos mesmos, fazendo com que o exame possa demorar um pouco mais de tempo para ser realizado. Mesmo os aparelhos com campos abertos ou fechados podem ter o seu Bo alto ou baixo, isto não depende do formato do aparelho e sim da potência do Bo emitida pelo equipamento. 6.1 Equipamento de campo fechado Em um sistema de RM de campo fechado, o paciente será deitado em uma mesa que é acoplada ao aparelho e está mesa conduzirá o paciente para dentro do gantry, levando a parte do corpo a ser examinada para o seu isocentro, que, por sua vez, já terá feito o alinhamento dos prótons de hidrogênio para a realização do exame. Figura 27: Equipamento de campo fechado. 6.2 Equipamento de campo aberto Em um sistema de RM de campo aberto, os pacientes que sofrem de claustrofobia e crianças que não suportam ambientes fechados terão mais facilidade para realizar exames. O campo aberto, por se tratar de um aparelho mais moderno, foi projetado para o conforto dos pacientes. Neste caso, o paciente ficara deitado na mesa que vai percorrer por dentro do gantry que desta vez terá a lateral aberta.

24 24 Figura 28: Equipamento de campo aberto. 7. COMPONENTES DO SISTEMA DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA 7.1 Magnetos O componente do sistema de RM mais visível e não menos importante é o magneto. O magneto fornece um Bo estático igual ao Bo natural da terra, mas que, no magneto, a intensidade da força é muito superior ao da terra. O magneto pode ser considerado como um imã que vai alinhar os prótons de hidrogênio do nosso corpo ao entrar na sala, mantendo a grande maioria direcionada ao seu isocentro. No sistema de RM existem três tipos de magnetos. A seguir, figura de um tipo de magneto: Figura 29: Magneto supercondutor.

25 25 Magneto resistivo: trabalha no principio eletromagnético, ou seja, um Bo é criado pela passagem de eletricidade através de uma bobina de fio. Essa forma eleva muito o custo de operação, devido ao fato de que a corrente de eletricidade terá de estar constantemente passando por essa bobina para se manter o Bo estável, ao passo que este campo só chegara a 0,3 T, pois a energia que circunda a bobina gerará calor, que terá de ser dissipado com um sistema de refrigeração. O calor é produzido pela resistência de eletricidade ao fio, que produz uma fricção e ainda limita a quantidade de corrente. Magneto permanente: pode ser considerado de baixo custo por não depender de energia constante nem de criogênios para refrigeração como nos demais tipos de magnetos. Neste sistema, a grande desvantagem pode ser a inabilidade para desligar a força do Bo, além do peso deste material, que é muito maior do que os demais. Certos materiais podem possuir propriedades magnéticas permanentes, como um exemplo a ser citado são os magnetos usados para afixar anotações em portas de geladeiras. O Bo desse magneto será de até 0,3 T, como no magneto resistivo, porém, se algum objeto de metal se agrupar a ele, não terá como baixar o campo. A sua retirada será contra a força do Bo. Magnetos supercondutores: são os mais usados nos dias de hoje devido ao seu baixo consumo de energia, além de seus campos que podem ser muito mais elevados, chegando a 3,0 T de intensidade, dando condições de melhor qualidade em menos tempo. Este tipo de magneto também usa o principio eletromagnético, que se dá a partir de materiais que perdem a resistência a eletricidade abaixo de uma certa temperatura. Assim, o custo operacional voltado para o consumo de energia é quase nulo. Por outro lado, o custo desse equipamento é muito alto, devido aos criogênios, usados para refrigeração. São eles o nitrogênio líquido (- 195,8ºC) e o hélio líquido (-268,9ºC). O custo que envolve esse tipo de resfriamento pode ser considerado equivalente ao de consumo de energia no modelo resistivo. Neste sistema o criogênio envolverá as bobinas, mantendo o Bo sempre estável. Esse criogênio terá sua funcionalidade em forma gasosa. Sendo assim, se houver extravasamento do mesmo, ele ficará na parte superior da sala onde o equipamento esta instalado, sem causar danos aos ocupantes do setor. O Bo dos magnetos supercondutores são levantados depois de tudo instalado corretamente em sua sala. Levantar o campo significa que será administrada uma carga de

26 26 eletricidade para a criação do seu magnetismo, podendo esse variar conforme o Bo associado ao aparelho. 7.2 Bobinas de gradientes Bobinas de gradiente são três magnetos auxiliares, com potência inferior ao magneto principal, e estão localizadas junto com o magneto de grande intensidade. São usadas para se concretizar o fenômeno da ressonância, quando o magneto termina de alinhar o máximo de prótons de hidrogênio. Este componente entra em ação selecionando o plano de corte da estrutura a ser examinada. Essas três bobinas de gradiente denominam os cortes nos planos X, Y e Z, e são responsáveis pelos cortes de acordo com a seleção planejada. Quando uma bobina de gradiente é ligada, ela vai alterar a potência do campo de maneira linear. Neste momento, acontece a tomada de imagens. Os gradientes aqui citados têm suas posições exatas para que os cortes formem as estruturas a serem examinadas corretamente. O X selecionará imagens no plano sagital, o Y as imagens no plano coronal e o Z imagens no plano axial. Figura 30: Os gradientes sendo eles X representado pela cor verde claro, o Y pela cor laranja e o Z pela cor verde escuro. 7.3 Bobinas de radiofrequência

27 27 As bobinas de RF ou de emissão e recepção funcionam como antenas para produzir e detectar as ondas de rádio que são denominadas de sinal de RM. Essas bobinas de RF estão acopladas junto com os gradientes e o magneto e envolvem a mesa com o paciente que estará deitado sobre a mesma. Além desta, também estão disponíveis no mercado as bobinas de superfície, que servem para intensificar os sinais de RM. Elas são usadas para obtenção de imagens mais superficiais e, neste caso, essas bobinas envolverão somente a parte do corpo a ser examinada. Outra bobina de RF muito usada é a bobina de arranjo de fases. Independe das outras e tem o seu próprio receptor, que permite cobertura de um amplo campo de visão para a obtenção de imagem da coluna e outras partes anatômicas. Elas darão mais definição à imagem porque não sofrerão interferência de sinal ruído. Este tipo de bobina em arranjo de fases tem o seu custo mais elevado, por isso não está disponível em muitos lugares, sendo mais acessíveis as bobinas de superfície. 7.4 Bobinas de arranjo de fase Figura 31: Bobina ATM. Figura32: Bobina para cabeça. Figura 33: Bobina para coluna cervical.

28 28 Figura 34: Bobina para joelho. Figura 35: Bobina para de antebraço. Figura 36: Bobina para estudo do tórax. 7.5 Bobinas de superfície Figura 37: Veja na figura algumas bobinas de volume integral circunferências e de superfície: a) bobina para membro; b) bobina para pescoço; c) bobina de superfície plana; d) bobina para cabeça; e) bobina para ATM (lateral); f) bobina para ombro; g) bobina para punho; h) bobina para coluna. 8. SISTEMA DE SUPORTE ELETRÔNICO O sistema de suporte eletrônico fornece voltagem e corrente para todas as partes do sistema de RM, como as bobinas de gradiente, o sistema de resfriamento, o magneto e o computador. Faz parte do sistema de suporte eletrônico transmissor e receptor de RF, que envia e recebe pulsos de ondas de rádio e também tem amplificadores que reforçam o sinal vindo do interior de um paciente. 8.1 Computador e monitor

29 29 Nestes últimos componentes do sistema de RM, computador e monitor, ocorre o processamento de todas as informações geradas por todas as partes do sistema. Analisando tudo o que ocorre, ele controlará o ritmo dos pulsos para coincidir com alterações nas forças de gradiente no Bo e, logo em seguida, fará a reconstrução da estrutura examinada do paciente usando uma técnica semelhante da que é usada na tomografia computadorizada. A memória externa também inclui vários meios de armazenamento magnético, tais como discos rígidos e discos ópticos, que são usados para guardar informações para o uso futuro. O console do operador contendo os controles do computador e do monitor de exposição, que também inclui microfone para poder orientar o paciente, está instalado em uma sala adjacente com uma grande janela para visualizar o paciente enquanto se realiza o exame. Esses controles permitem que o operador modifique o brilho e o contraste da imagem para captar características significativas. Existem também salas separadas para que se possam estudar as imagens ao mesmo tempo em que outros pacientes estejam sendo escaneados. Como já foi citado neste trabalho, um equipamento também existente é a bomba de administração de contraste, que da mesma forma é monitorada pelos técnicos que realizam os exames. Figura 38: Mesa de comando. Figura 39: Bomba injetora de contraste. 9. SEGURANÇA EM RESSONÂNCIA MAGNÉTICA 9.1 Suscetibilidade Magnética Em presença de um Bo, cada material responderá de acordo com as propriedades constituintes de seus átomos e moléculas, bem como das interações entre eles. Certos materiais apresentam uma maior resposta ao Bo, já outros uma resposta menos intensa.

30 30 Quando André-Marie Ampère descobriu que os efeitos magnéticos poderiam ser produzidos por correntes elétricas, ele propôs a teoria de que as propriedades magnéticas de um corpo fossem originadas por um grande número de minúsculas correntes circulares dentro desse corpo. Então o Bo total do material seria a soma do campo gerado pela corrente externa com os campos gerados por essas minúsculas correntes. Tempos depois foi desenvolvida a teoria que mostra que os elétrons possuem um movimento denominado spin, fazendo com que o mesmo se comporte como um imã. Os materiais magnéticos podem ser classificados em três grupos, sendo eles os materiais: Diamagnéticos: não são atraídos por imãs. Quando na presença de um Bo, seus elétrons são orientados no sentido oposto ao sentido do campo; Paramagnéticos: esses materiais na presença de um Bo irão se alinhar ao mesmo, sendo levemente atraídos; Ferromagnéticos: são materiais que, quando em contato com Bo, são fortemente atraídos e imantados, ou seja, cria-se um dipolo magnético em torno desse material. Na presença de um Bo, materiais facilmente magnetizáveis podem deslocar-se pelo ar como projéteis, isso devido à força gerada pelo equipamento de RM, que é cerca de vezes mais intensa que o Bo magnético da terra. Figura 40: Bo da terra: 0, T. Figura 41: Bo em RM: 0,3 a 3,0 T. O magnetismo gerado em uma sala de RM se comporta de forma análoga a um imã. Linhas imaginárias de força circundam todo o equipamento com alta intensidade no centro, para onde as linhas se dirigem, e menor intensidade à medida que se aumenta a distância do magneto. Embora não possa ser visto nem sentido, o Bo está sempre presente na sala de RM, por isso o cuidado em uma sala de RM deve ser constante. O campo magnético pode afetar o funcionamento de dispositivos sensíveis ao Bo.

31 31 Dentro de sua área de ação o Bo gera uma grande força de intensidade fazendo com que todo material sensível ao magnetismo seja lançado de forma agressiva em direção ao centro do magneto. Se segurarmos um objeto sensível ao Bo numa determinada distância sentiremos uma intensidade de atração, aumentando essa distância diminuiremos a intensidade dessa força de atração. Figura 42: Representação da intensidade do Bo. A figura anterior representa o esquema de poder de atração do Bo. Na região demarcada pela linha verde não há força de atração ou repulsão de determinado objeto suscetível ao Bo produzida pelo magneto. A partir deste limite, se andarmos dois metros em direção ao equipamento, o Bo vai ter quatro vezes mais força de atração deste material. Assim sendo, se andarmos quatro metros, a intensidade de atração aumenta para dezesseis vezes mais. Um objeto grande e pesado como um cilindro de oxigênio ou uma enceradeira podem tornar-se uma ameaça para qualquer pessoa que estiver próxima ao Bo. Para evitar riscos desnecessários, quem quer que entre em uma sala de RM deve obedecer às normas de segurança estabelecidas. O Bo pode ainda afetar o funcionamento de dispositivos sensíveis ao magnetismo como o marca-passo, além de poder apagar dados de fitas ou cartões magnéticos.

32 32 Figura 43: Acidente com enceradeira em sala de RM. Figura 44: Acidente com cadeira em sala de RM. Avisos devem ser colocados em lugares de fácil visualização, com o objetivo de alertar pacientes e funcionários sobre alguns objetos de uso comum que jamais devem ser levados para o interior da sala de RM, dentre eles podemos destacar, enceradeira, cilindro de oxigênio, chaves, estetoscópio, garrafa térmica, agulha intravenosa, tesoura, entre outros. Qualquer instrumento colocado dentro da sala de exames deve ser feito de material não magnetizável, isso inclui também objetos de uso pessoal dos pacientes, cadeiras de rodas e outros utensílios. Um instrumento cirúrgico de aço inoxidável, por exemplo, pode sofrer as propriedades magnéticas quando aproximado do Bo. Figura 45: Sinalizações de uma sala de RM. Os símbolos anteriores demonstram as sinalizações utilizadas em uma sala de RM. O símbolo (a) informa a presença de um Bo no local; (b) indica há utilização de ondas de RF dentro da sala; (c) alerta pacientes portadores de marca-passo sobre sua restrição à sala de RM; (d) indica que está vedada a entrada de objetos metálicos na sala de exames; (e) restringe a entrada de pacientes portadores de próteses metálicas; (f) é interdição à entrada de pacientes com cartão magnético; (g) sinaliza que é proibida a entrada com relógio dentro da sala.

33 33 O Bo se limita ao espaço delimitado pelo equipamento, e se expande gerando o que é comumente chamado de campo periférico. Toda a equipe deve conhecer a margem de segurança de 5 gauss situada na sala de RM. A radiofrequência provoca o aquecimento de objetos metálico presentes no interior do corpo do paciente o que é outro motivo de preocupação. Essa dose de absorção de RF é medida em watts por quilograma, sendo a taxa de absorção denominada razão de absorção específica (SAR-Specific Absorption Rate). Para que o equipamento possa controlar com precisão a absorção de RF, torna-se necessário informar o peso correto do paciente no momento de registro de dados, para que não seja emitido um excesso de pulso de RF, o que resultará em queimaduras no corpo do paciente que for submetido ao exame. Figura 46: Queimadura causada por RF. 10. BLINDAGEM EM RESSONÂNCIA MAGNÉTICA

34 34 A blindagem de um sistema de RM tem como princípio limitar o campo de dispersão do magneto, trazendo assim a homogeneidade do Bo, aumentando parcialmente a força do mesmo e protegendo o meio ambiente. Existem dois tipos de blindagem a ativa e a passiva: A passiva envolve grandes quantidades de ferro contendo aproximadamente trinta toneladas, simetricamente colocada ao redor do magneto. A ativa é obtida por bobinas supercondutoras adicionais, sendo que o conjunto interno produz um Bo e o conjunto externo contém e reduz o campo de dispersão que cerca o magneto. A idéia da blindagem consiste em conservar as imagens e o próprio magneto, utilizando aço com baixo teor de carbono e magnésio. Havendo um tratamento térmico de acordo, ele garantirá a performance e qualidade da mesma. Esse material usado tem de ter condutibilidade magnética, por isso o material mais usado hoje é o silício por ser mais leve, além da boa condutibilidade magnética Blindagem magnética A blindagem magnética é feita pelo fabricante do magneto podendo ser a ativa ou passiva ela protegerá o campo em volta do magneto, para que não ocorra distorção de equipamentos como monitores, marca-passos e bioestimuladores, protegendo assim o campo externo Blindagem de Radiofrequência Esse tipo de blindagem será feito para conter sinais de RF gerado pelo equipamento de RM que, ao saírem da sala onde estará instalado, podem danificar outras transmissões de RF nas proximidades como, por exemplo, TV, emissoras de rádio, celulares, etc. Além disso, podem interferir em equipamentos médicos que são suscetíveis a sinais de RF como ultrasom, tomógrafo, etc. Essas interferências também podem ocorrer de forma contrária. Como o sistema de RM detecta sinais muito fracos de RF vindo do interior de um paciente, estes seriam corrompidos, caso outros sinais invadissem a sala de exames, e isso poderia danificar as imagens.

35 35 Essa blindagem é feita normalmente cobrindo toda sala de exames com um material eletricamente condutivo que irá captar sinais de RF tanto vindo de fora como os de dentro da sala e os conduzirá para o terra (barra de cobre aterrada para conduzir e eliminar sinais). Sendo assim, estes sinais não mais irão interferir em nenhum outro equipamento. Toda blindagem tem de ser feita com muito cuidado, para que não seja danificada sua montagem. Sendo assim, vamos acompanhar como é feita esta montagem. Para receber a blindagem, o acabamento da sala terá de ser feita com reboco, misturados em sua composição materiais que não passem umidade para dentro da mesma, sendo que o tipo de blindagem não pode estar em contato com água, para que não venha a ter corrosão da mesma, interferindo futuramente nesta. Depois de feito isso, é necessário afixar caibros de madeira em toda a sua volta, para que suportem o peso da blindagem, ao passo que a mesma será afixada nessas madeiras que estarão distribuídas com 50 cm de distância uma da outra. A seguir uma imagem de como deverão estar dispostas essas madeiras: Figura 47: Madeiras usadas para receber a blindagem. Devido à grande força de atração entre o magneto e o metal magnético, deve-se tomar muito cuidado em sua posição para que se minimize o impacto na homogeneização do Bo, podendo-se chegar ao ponto de quenchar. A blindagem magnética é desenhada especificamente para cada sala. A seguir uma imagem de uma blindagem feita com um metal silício:

36 36 Figura 48: Parede revestida com aço silício. O aterramento deste material tem de ser feito com muito cuidado, para que não ocorra erros. Se não houver o devido cuidado, não se resolverá a blindagem e se perderá em qualidade de imagem. A seguir uma imagem de um esquema de aterramento: Figura 49: Ligação terra para conduzir sinais que não serão mais usados. A blindagem de RF consiste em painéis cobertos por um material altamente condutivo que, na maioria dos casos, é o alumínio. Estes painéis vão ser parafusados entre si para que se de contínua blindagem auto-sustentável no teto e na parede. No interior da mesma estarão colocadas as madeiras que irão ser fixadas no acabamento final. Na figura a seguir como deve ser feita essa blindagem:

37 37 Figura 50: Blindagem de RF feita de alumínio. A blindagem do piso será feita por mdf revestido com alumínio por um lado e chapa de aço galvanizado do outro. Figura 51: Blindagem feita no piso. Serão necessárias perfurações na blindagem para que possa haver ligações com áreas externas da sala. Essas perfurações podem servir para ligações entre módulos computadorizados, ar condicionado e o fluxo de pessoas. Estas penetrações feitas na

38 38 blindagem são desenhadas para obter a função desejada e garantir que sinais de RF não passem pelas mesmas. Tipicamente as necessidades elétricas de uma blindagem de RF são: -Energia elétrica para iluminação da sala -energia elétrica para pontos de tomadas na sala -Cabos que interligam o magneto a sala de equipamentos e console -Botão soco de parada de emergência Todas essas entradas deverão passar por filtros de RF, senão elas poderão servir como antenas e levarão ondas de RF para dentro da blindagem, comprometendo o funcionamento da ressonância. Vejamos a seguir como são colocados os filtros para passagem da eletricidade: Figura 52: Desenho de filtro elétrico para blindagem de RF. Entrada e saída de ar condicionado, gases médicos e gás hélio serão usados para a dissipação dos gases provenientes. Serão estudadas e feitas com guias de ondas que permitirão a passagem dos gases, mas não a da RF. Todas essas guias de onda necessitam de isoladores elétricos perto do ponto onde serão alocados, sem contato com a blindagem. Estes isoladores têm como objetivo não aterrar estes encanamentos juntos a blindagem e carregar ondas de RF para dentro da sala. Vejamos no esquema como deve ficar esta passagem:

39 39 Figura 53: Ductos de passagem dos gases Janela e porta blindada A janela é um item indispensável, pois é por ela que o técnico que realiza o exame acompanhará e monitorará o que acontece dentro da sala. Elas são feitas com telas condutivas, tendo como cor o preto, para evitar distorções por reflexos. A medida é geralmente de acordo com a estrutura da sala. A porta é o item mais critico de uma blindagem, uma vez que está sujeita a forças mecânicas de uso diário como abrir e fechar. Na fabricação da porta também será feita a blindagem, como acontece com o piso e paredes da sala. Sendo assim, estará pronta para receber o magneto que vai se adentrar na sala por uma parede removível, que será colocada de volta após a entrada do mesmo. Assim a sala estará pronta para uso. Veja-se a seguir figuras da janela e porta blindada: Figura 54: Janela blindada. Figura 55: Porta blindada.