Artefatos em RM. Alessandro A. Mazzola 1,2

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1 Artefatos em RM Alessandro A. Mazzola 1,2 A palavra artefato deriva do latim e significa arte factus, ou feito com arte, o que não deixa de ser verdadeiro se imaginarmos que muitos dos efeitos observados nas imagens podem ser tratados como obra quase poética, porém não é neste sentido que utilizamos esta palavra em Imagem por Ressonância Magnética (IRM) e nos demais métodos de diagnóstico por imagem. Segundo Houaiss[13], artefato é toda conclusão enganosa derivada de ensaio científico ou de medição, e causada por problemas na aparelhagem empregada ou por ineficácia do método eleito. Em IRM, vamos adotar que artefato é qualquer intensidade, sinal ou característica anormal que não possui correspondência com o objeto de que se está adquirindo a imagem. Não é incorreto afirmar que todas as imagens de RM apresentam algum tipo de artefato. Uma imagem axial ponderada em T2 do encéfalo pode, aparentemente, não apresentar qualquer artefato mais grosseiro, porém se olharmos com cuidado os vasos sanguíneos presentes na imagem, perceberemos que muitos deles apresentarão ausência de sinal no seu lúmen, causado pelo fenômeno de fluxo sanguíneo, o que pode ser considerado anormal, uma vez que é atribuído hipersinal a líquido nas imagens ponderadas em T2. A RM é a técnica de imagem mais susceptível a artefatos e é a que mais os utiliza para o diagnóstico. Os artefatos podem prejudicar uma aquisição a ponto de ser necessária sua repetição ou mesmo o cancelamento do exame, por outro lado, um artefato pode ajudar a identificar uma condição patológica específica. Desta forma, podemos definir as duas grandes questões que este capítulo pretende abordar: 1. Como identificar um ou mais artefatos em uma imagem de RM? 1 PhyMED Consultores em Física Médica e Radioproteção Av. Osvaldo Aranha, 1180/303 Porto Alegre, RS/Brasil 2 Unidade de Diagnóstico por Imagem - Hospital Moinhos de Vento Rua Ramiro Barcelos, Porto Alegre, RS/Brasil 1

2 2. Como minimizar o artefato em uma imagem de RM? Vejam que falamos em minimizar e não eliminar. Talvez fosse mais conveniente usar o termo eliminar, porém isto não é totalmente verdadeiro. O que ocorre na quase totalidade dos exames é a busca pela adequação da técnica no intuito de minimizar a ocorrência de artefatos. Como veremos mais adiante, o efeito físico que gera o artefato pode estar ocorrendo, porém devido a uma alteração nos parâmetros de aquisição ou escolha de uma técnica específica, conseguimos fazer com que ele não se torne tão evidente na imagem. Dada a grande quantidade de tipos de equipamentos de RM, bobinas, sequências de pulso e novas técnicas, abordaremos neste capítulo os artefatos mais comuns. Artefatos mais antigos relacionados a problemas já resolvidos em equipamentos de RM e artefatos de técnicas muito recentes ainda não disponíveis clinicamente serão deixados de lado para tornar o texto mais objetivo e conciso. Buscaremos também não limitar os artefatos aos equipamentos de 1,5T, comentando também o efeito de um mesmo artefato em equipamentos com campo magnético maior ou menor. Identificação versus Conhecimento Muitas pessoas ficam admiradas quando a imagem de alguma constelação ou nebulosa do céu profundo é apresentada em um jornal ou revista. As imagens produzidas pelo telescópio Hubble enchem os olhos mesmo de quem é um simples admirador de uma noite estrelada. Mas será que para um astrofísico experiente as imagens revelam a verdade? Ou será que determinado fenômeno contradiz a realidade? Será que imagens falsas podem estar presentes numa imagem captada da nebulosa do Caranguejo devido a problemas nos espelhos do telescópio Hubble? A diferença entre achar uma imagem bonita e perceber um artefato nesta parece residir no conhecimento do observador. Esta afirmativa não é diferente para as imagens de RM. Conhecer a física, a técnica e as patologias estudadas em IRM é o pressuposto para a identificação e a minimização de artefatos. Alguns artefatos, 2

3 como os causados por implantes metálicos, são evidentes nas imagens de RM, porém outros são tão sutis que podem conduzir o radiologista a um erro de diagnóstico por criar uma falsa imagem ou ocultar uma lesão existente. Conhecimento faz com que um exame se torne mais conclusivo, e, por que não dizer, mais belo. Classificação dos Artefatos: Origem versus Aparência Alguns autores classificam os artefatos quanto ao efeito físico que o originou, outros preferem classificá-los quanto a sua aparência nas imagens ou a parte do sistema de RM a que o mesmo está vinculado [0,0,0]. Muitos são os efeitos físicos que podem gerar artefatos. Cada parte do sistema de RM, incluindo o magneto, os gradientes de campo magnético, o sistema de radiofrequência (RF) e os computadores de processamento, tem sido continuamente aperfeiçoada para evitar a ocorrência de erros e minimizar falhas no seu funcionamento. Se tentássemos agrupar os tipos de artefatos por cada parte que compõe o sistema, poderíamos seguir a classificação mostrada na Tabela 2. De forma mais prática, os diversos artefatos serão agrupados primeiramente de acordo com sua aparência nas imagens e, logo a seguir, serão classificados quanto a causa ou ao fenômeno físico que o originou e/ou a parte do sistema a que este está relacionado. Observações - quanto ao impacto na qualidade da imagem e no tempo de aquisição para uma dada ação corretiva proposta - também serão abordadas. Para o usuário das imagens de RM esta é uma forma mais direta de relacionar a anomalia presente na imagem com a possível causa e a ação corretiva necessária. Entretanto, é preciso não esquecer que a maioria dos artefatos é resultado de uma interação entre variáveis fisiológicas, parâmetros de aquisição, limitações do equipamento e escolha de sequências de pulso, tornando difícil segmentar um artefato em uma única causa e eliminá-lo com uma única ação. As ações corretivas propostas no texto se limitam ao nível do operador do equipamento de RM. Tabela 1. Relação entre a parte do sistema, incluindo o paciente, e alguns tipos de artefatos em IRM. 3

4 Parte do Sistema de IRM Magneto Gradiente de Campo Magnético Sistema de RF Técnica de Aquisição Processamento do Sinal Paciente Tipo de Artefato Distorção Geométrica Erros de Saturação de Gordura Desvio Químico Inomogeneidade do Campo Magnético Instabilidade do Campo Magnético Distorção Geométrica Instabilidade dos Gradientes Não-Compensação de Correntes Parasitas Inomogeneidade do Campo de RF Posicionamento do Paciente RF Anômala Desvio Químico Envelopamento ou Aliasing Sombreamento Amostragem do Sinal Truncamento Método de Reconstrução Filtração Movimento Voluntário e Involuntário Fluxo Vascular ou Liquórico Presença de Objeto Metálico Susceptibilidade Magnética Classificação quanto à aparência A classificação que adotaremos estará dividida da seguinte forma: v Fantasmas; v Envelopamento ou Aliasing ; v Linhas e Ondulações; v Falsos Contornos e Sombras v Distorção Geométrica. Antes de iniciarmos a revisão sobre artefatos, que tal testar seus conhecimentos prévios quanto à identificação, causa e a ação corretiva mais adequada para os 4

5 artefatos mostrados na Figura 46? Observe as imagens com atenção, guarde as suas observações e busque identificar no texto a descrição que melhor se relaciona com os artefatos apresentados. Ao final do capítulo apresentaremos solução para este pequeno enigma. Figura 1. Quais artefatos podem ser identificados nas três imagens acima (a, b e c)? Qual a causa e a ação corretiva mais adequada? (Respostas no final do capítulo). Fantasmas O aparecimento de repetições de determinada parte da anatomia na imagem de RM é conhecido como artefato fantasma, como mostra a Figura 47. 5

6 Figura 2. (a) Imagem axial spin eco (SE) ponderada em T1 do encéfalo com presença de artefato fantasma (seta menor) devido ao movimento dos olhos. Nas imagens axiais do encéfalo a direção de fase tem que ser colocada na direção direita-esquerda para evitar o artefato. (b) Artefato fantasma devido ao movimento das estruturas do abdome causado pela respiração. O uso de sincronia respiratória é uma das formas de evitar o aparecimento deste artefato. Estes fantasmas ocorrem na direção de fase da imagem e são resultado de movimentação de tecido ou parte do corpo do paciente durante a aquisição do sinal de RM. A movimentação pode ser voluntária (respiração, deglutição, movimentos de partes de corpo etc) ou involuntária (batimento cardíaco, pulsação do líquor ou sangue, peristaltismo etc). Eliminar o movimento ou fazer com que a aquisição das imagens seja concatenada com fases deste movimento, através do uso de sincronia respiratória e/ou cardíaca, resulta, na maioria das vezes, em supressão completa do artefato. A distância entre os fantasmas é diretamente proporcional ao tempo de repetição, número de codificações de fase, número de excitações (NEX) e a frequência do movimento [0]. Em sequências rápidas, com tempos de eco (TE) extremamente curtos, os fantasmas se manifestam como borramento. É conveniente ressaltar que, quanto mais hiperintensa for a estrutura em movimento, maior será a presença do artefato na imagem. Este fato é especialmente importante, pois explica a ausência de artefatos fantasma em imagens spin eco (SE) ou turbo 6

7 spin eco (TSE ou FSE) ponderadas em T1 da fossa posterior antes da administração de meio de contraste a base de gadolínio em comparação com imagens pósgadolínio, como mostra a Figura 48. O mesmo raciocínio vale para regiões onde a gordura (em T1) e o líquido (em T2) estejam presentes e hiperintensos. A saturação do sinal da gordura torna a imagem com menor quantidade de artefatos fantasma, não pela redução do movimento, mas pelo cancelamento do sinal da estrutura. Figura 3. (a) Imagem axial T1 SE na região da fossa posterior com a presença de gadolínio e com o artefato fantasma presente devido ao sangue hiperintenso e pulsando. A direção de fase é laterolateral. (b) Após a aplicação de técnica de compensação. Apesar do aspecto na imagem (efeito) ser parecido para as diversas origens, a causa e a ação corretiva são bastante distintas. Desta forma subdividiremos e discutiremos o artefato fantasma nas seguintes subcategorias de acordo com a causa principal: a) Fluxo Sanguíneo b) Fluxo Liquórico c) Peristaltismo d) Respiração e) Batimento Cardíaco f) Movimento Voluntário ou Involuntário g) Fantasma N/2 EPI Uma informação importante, já comentada anteriormente sobre este artefato, é que o mesmo sempre se propaga na direção de aplicação do gradiente codificador de 7

8 fase, mesmo que a direção do movimento não seja esta, como mostra a Figura 47. Mas, por que isto ocorre? É preciso lembrar que o tempo necessário para preencher uma linha do espaço K, ou seja, para amostrar o sinal durante o acionamento do gradiente de leitura (ou gradiente de codificação de frequência) é muito menor que o tempo necessário para passar de uma linha a outra do espaço K (codificação de fase). Em uma típica aquisição turbo spin eco (TSE), o tempo para preenchimento da linha (coleta do eco) é da ordem de milissegundos (1ms = 10-3 s), já o intervalo de tempo entre o preenchimento de uma linha e a próxima linha do espaço k é da ordem de segundos. Neste tempo mais longo, a anatomia mudou de posição, incorrendo em erro de localização na direção de fase da imagem. O fluxo sanguíneo pode causar artefatos fantasma e produzir variações na intensidade de sinal dentro dos vasos que simulam dissecções ou trombos, ou ainda, mascaram patologias [0]. Os fantasmas se propagam na direção de fase e com alto sinal. Sequências GRE são muito mais susceptíveis a artefatos de fluxo que SE. Nas sequencias SE, geralmente, o vaso aparece escuro, pois o sangue presente no corte no momento da aplicação do pulso de excitação de 90º irá sair do plano de corte antes da aplicação do pulso de 180º, sendo substituído por sangue que não sofreu a aplicação do pulso de 90º. Nas sequências GRE, o fluxo produz o fenômeno conhecido como in-flow que torna o vaso brilhante na imagem. Este artefato é bastante dependente do tipo de sequência de pulso e parâmetros utilizados, porém de forma geral, o principal artefato ocorre quando um alto sinal do sangue está presente no vaso e, devido à pulsação, acaba propagando fantasmas na direção de fase. Ação Corretiva: v Utilizar técnica de compensação de fluxo 8

9 Através do uso de gradientes de campo magnético adicionais na sequência de pulso é possível reduzir o artefato fantasma, porém o TE mínimo irá aumentar. Comentaremos mais adiante no texto os detalhes esta técnica. v Utilizar pulsos de RF de pré-saturação (bandas de saturação) Pulsos de RF espacialmente localizados, também conhecidos como bandas de saturação, podem ser posicionados próximos ao corte de forma que sature o sinal de RF do sangue que irá entrar no corte. A imagem do vaso se torna escura e não propaga o artefato fantasma, como mostra a Figura 50. Bandas de saturação também podem ser usadas dentro do campo de visão para suprimir o sinal de uma região que contém vasos que irão apresentar hipersinal devido ao fluxo e propagar o artefato fantasma na direção de fase. Figura 4. Imagem axial T1 GRE adquirida em parada respiratória sem uso de banda de saturação superior ao corte (a) e com uso de banda de saturação (b). v Alterar a direção de codificação de fase/frequência Trocar a direção de codificação de fase pode ser útil para jogar o artefato numa direção que não comprometerá a avaliação da região de interesse. Nos exames de RM de Joelho, por exemplo, a aquisição axial STIR é adquirida com direção de fase direita-esquerda, ao invés de anteroposterior, jogando o artefato de pulsação dos 9

10 vasos poplíteos para os lados e não comprometendo a avaliação da patela (Figura 51). Figura 5. Pulsação da veia poplítea e artefato fantasma sobre a patela. v Uso de sincronia cardíaca ou periférica Posicionar eletrodos para coletar o eletrocardiograma (ECG) e concatená-lo com a aquisição dos dados possibilita selecionar a parte do ciclo cardíaco relacionada a diástole onde ocorre o menor efeito de pulsação do vaso. A sincronia cardíaca periférica, com o posicionamento do transdutor no dedo do paciente, também pode ser utilizada. O aumento no tempo de aquisição é a contrapartida para o uso da sincronia. Técnica de Compensação de Fluxo ( Flow Comp ) ou Anulação do Momento dos Gradientes (GMN) ou Supressão do Artefato de Movimento (MAST) O acionamento de gradientes de campo magnético induzem desvios de fase nos spins estacionários. Se os spins estiverem em movimento, como no caso do sangue nos vasos, um desvio de fase adicional irá surgir e será proporcional a velocidade ou a aceleração destes. Em uma sequência de pulso SE convencional, o acionamento 10

11 dos gradientes necessários para coleta do sinal são calculados de forma que compensem eventuais defasagens induzidas nos spins estacionários. Entretanto, os spins em movimento irão possuir desvios de fase, como mostra a Figura 52, que podem gerar, basicamente, três problemas, fantasmas, dispersão de fase intravoxel e erros de registro espacial [0]. Estes desvios induzidos pelo movimento podem ser minimizados e até eliminados se incorporarmos lobos de gradiente adicionais antes da leitura do sinal. Sendo que cada um dos três eixos (leitura ou frequência, codificação de fase e seleção de corte) é tratado de forma independente. Desta forma, a compensação de fluxo pode ser realizada em apenas um eixo ou nos três. Figura 6. Ilustração do GMR igual à Figura do Edelman. O tipo de compensação de fluxo normalmente utilizado é o de primeira ordem, ou seja, para compensar velocidade constante e pode ser selecionado na direção de codificação de frequência e de corte. A compensação na direção de fase vem sendo estudada para reduzir o artefato de perda de registro ( misregistration ) causado pelo atraso entre o gradiente codificador de fase e o centro do eco durante a leitura do sinal, o qual gera um deslocamento aparente do vaso quando o fluxo se propaga de forma oblíqua ao gradiente codificador de frequência e de fase. Esta compensação é importante quando o objetivo, por exemplo, é o de diagnosticar pequenos aneurismas com uso de angiografia por RM [0]. Portanto, com a 11

12 compensação de fluxo a fase dos spins em movimento é restituída no momento da leitura do sinal (TE), aumentando a intensidade de sinal dos vasos ou do líquor e reduzindo a defasagem intravoxel. Lobos mais complicados de gradiente podem estar disponíveis nos equipamentos de RM para compensar aceleração (termos de segunda ordem) porém são raramente usados devido ao aumento causado no tempo de eco (TE), que já é significativo quando acionada a compensação de primeira ordem. Especialmente em sequências GRE não só o TE aumenta, mas também o tempo de repetição (TR). Fluxo Liquórico O artefato ocorre devido a pulsação do líquido cefalorraquidiano (LCR ou líquor) no interior dos ventrículos cerebrais e da medula espinhal, cujo movimento causa um erro na codificação espacial da imagem. Na coluna cervical e torácica, a imagem ponderada em T2 é apresentada com um artefato do tipo fantasma, no qual aparecem linhas sobre a medula se propagando na direção de fase, além de perda de sinal, resultado de defasagem intravoxel. Nos ventrículos cerebrais podem aparecer imagens de baixa intensidade de sinal em imagens ponderadas na densidade de prótons (DP) e T2 ou de alta intensidade de sinal em FLAIR. A perda de sinal (vazio de sinal) em imagens ponderadas em densidade de prótons (DP) do sistema ventricular cerebral já foi utilizada para auxiliar no diagnóstico de hidrocefalia de pressão normal (HPN), sendo substituída pela medida quantitativa do fluxo liquórico com uso de sequências de pulso por contraste de fase (PC) e sincronia cardíaca [0, 0]. Ação Corretiva: v Utilizar técnica de compensação de fluxo Conforme descrito anteriormente, a compensação de fluxo permite uma redução significativa nos artefatos de fluxo liquórico, sendo usada, especialmente, nas imagens TSE com ponderação T2 da coluna cervical. 12

13 v Utilizar sincronia cardíaca É uma opção disponível, mas raramente utilizada devido ao aumento no tempo de aquisição. v Alterar a direção de codificação de fase/frequência Para reduzir os artefatos na coluna cervical devido à pulsação do líquor é possível selecionar a direção de codificação de fase como superior/inferior e acionar a opção de no phase wrap ou phase oversampling para que não ocorram artefatos de envelopamento. Com esta alteração, pequenos movimentos de deglutição que venham a ser realizados pelo paciente serão minimizados ou se propagarão na direção superior/inferior, não recaindo sobre a coluna. Em exames da coluna cervical o uso de sequências de pulso GRE ponderadas em T2* com múltiplos ecos (MEDIC), associadas a técnicas de compensação de fluxo e transferência de magnetização, tem sido usadas para melhor identificar edema e outras patologias [0]. Movimento Peristáltico O movimento peristáltico durante a aquisição das imagens faz com que ocorra um erro na codificação espacial do sinal. Este artefato é apresentado como uma área borrada na imagem, na região do intestino do paciente, onde o movimento é mais intenso, porém prejudica toda a região pélvica. Ação Corretiva: v Realizar jejum Solicitar que pacientes realizem jejum alimentar de 6 horas ou mais, reduzem as chances de movimentação de bolo alimentar no intestino, evitando artefatos de movimento que não serão compensados por parada ou sincronia respiratória [0]. v Utilizar antiespasmódicos 13

14 Medicamentos antiespasmódicos são recomendados para pacientes que irão realizar exames de abdome e pelve e estes devem ser administrados momentos antes de o paciente entrar na sala de exames. Os antiespasmódicos também ajudam a reduzir artefatos de movimento causados pela peristalse uterina [0]. v Utilizar sequências de pulso rápidas De forma geral, quanto mais rápida for a aquisição das imagens, menor será a presença de artefato de movimento. Sequências rápidas, tipo half-fourier (HASTE, SSFSE etc) e True-FISP, permitem a obtenção de imagens em tempos inferiores a dois segundos, minimizando artefatos. Em contrapartida, estas sequências de pulso não oferecem a resolução espacial ou a ponderação necessária para o diagnóstico de certas patologias. v Utilizar técnica PROPELLER/BLADE O uso desta técnica permite a aquisição de imagens com redução significativa de artefatos por movimentação da estrutura no plano de aquisição. Mais adiante no texto trataremos em maiores detalhes esta técnica. Movimento Cardíaco O batimento cardíaco durante a aquisição das imagens faz com que ocorra um erro na codificação espacial, formando um artefato que se propaga na direção de fase, como mostra a Figura 53. O coração é apresentado como um grande borrão na imagem e estruturas na direção de fase deixam de ser corretamente visualizadas devido a propagação do artefato fantasma. Exames cardíacos vêm ganhando cada vez mais importância e já fazem parte da rotina de muitos centros, porém nos concentraremos nas soluções mais simples para os artefatos relacionados ao movimento do coração. Uma leitura mais detalhada e específica está disponível na literatura [0,0]. 14

15 Figura 7. Imagem do coração sem o uso de sincronia cardíaca e com o uso de sincronia cardíaca. Ação Corretiva: v Utilizar sincronia cardíaca por eletrodos ou por sensor de pulso A coleta do eletrocardiograma (ECG), através de eletrodos posicionados no tórax do paciente ou dos batimentos através do sensor de pulso posicionado no dedo, permitem que o ciclo cardíaco seja monitorado para que a aquisição possa ser concatenada ou sincronizada. O complexo PQRS mostrado na Figura 9 evidencia os dois picos (ondas R) que determinarão o intervalo R-R, ou o ciclo cardíaco. Cada pico R representa o início da fase sistólica. Desta forma, a fase do ECG que representa a diástole ocorre cerca de 400 ms após a detecção da onda R e pode ser usada para adquirir o sinal de RM, preenchendo algumas linhas do espaço k[0]. Uma vez que a diástole é a parte do ciclo em que o coração está em maior repouso, as imagens irão estar livres de artefatos, como pode ser visto na Figura 54. Alguns equipamentos possuem um sistema de detecção e rejeição de arritmias que elimina a coleta dos dados (preenchimento do espaço k) quando o batimento cardíaco não corresponde ao esperado. 15

16 Em exames cardíacos é fundamental o uso de sequências de pulso rápidas (turbo FLASH, True-FISP etc) juntamente com sincronia cardíaca para eliminar o artefato e permitir que a anatomia possa ser estuda nas fases diferentes do ciclo cardíaco. Figura 8. Complexo PQRS e dados coletados para mostrar fases do batimento e gerar imagens em cine ou dados coletados da fase em que o coração está mais parado. v Utilizar sequências de pulso rápidas Sequências tipo half-fourier (SSFSE ou HASTE) podem ser usadas para aquisição de imagens da região do tórax, assim como sequências de pulso True-FISP, combinadas a períodos de parada respiratória. v Alterar a direção de codificação de fase e frequência Em exames da região do tórax, como os exames de mama, é fundamental a correta seleção da direção de fase, uma vez que não se costuma adotar a sincronia cardíaca. Um erro comum é posicionar a direção de fase anteroposterior nos cortes axiais ou coronais, uma vez que é a direção de menor tamanho da anatomia, porém faz com que todo o artefato fantasma relacionado ao batimento cardíaco e o fluxo sanguíneo recai sobre a imagem do tecido mamário, como mostra a Figura

17 Figura 9. Artefato coração exames de mama. Movimento Respiratório O artefato ocorre durante o movimento respiratório, onde as linhas de dados são adquiridas alternadamente na inspiração ou na expiração. O hipersinal da gordura subcutânea é um dos causadores da visualização deste artefato, assim como outras estruturas hiperintensas. A imagem é apresentada com um artefato do tipo fantasma em várias posições na direção de fase. A posição dos fantasmas depende do período respiratório e do tempo de repetição (TR). Este artefato também pode provocar um borramento na imagem causando uma diminuição na resolução espacial aparente. Ação Corretiva: v Utilizar cinta para sincronia respiratória O posicionamento de uma cinta sobre o abdome ou tórax do paciente que detectará a movimentação devido a respiração permite sincronizar a aquisição e eliminar artefatos de movimento respiratório. A janela de aquisição dos dados poderá ocorrer na expiração ou na inspiração. O aumento no tempo total de aquisição é o principal inconveniente de uso desta técnica, além da dependência de um correto posicionamento da cinta e regularidade do ciclo respiratório do paciente. 17

18 v Utilizar navegador respiratório na imagem O navegador respiratório posicionado na imagem é uma técnica moderna e elegante de detectar o ciclo respiratório. Basicamente consiste de uma região de interesse (ROI) quadrada que deve ser posicionada na interface entre o fígado e o pulmão a partir de imagens coronais ou sagitais, como mostra a Figura 56. Desta ROI é gerada uma imagem gradiente eco com ângulo de desvio baixo que é adquirida em aproximadamente 100 ms. Através de processamento em tempo real da imagem, a interface ou borda entre o diafragma e o ar é detectada. Cada posição da interface, detectada ao longo do tempo, permite construir uma curva semelhante à detectada por uma cinta respiratória externa. A vantagem de utilizar este método é que estamos observando o movimento do fígado de forma quantitativa em relação às maior ou menor inspiração/expiração. Como o tamanho da ROI é conhecido, a posição da interface pode ser correlacionada com a localização, permitindo que esta informação seja usada para corrigir a posição do corte. Isto evita que ocorram erros na localização do corte devido a mudanças na inspiração/expiração. A utilização desta técnica também aumenta o tempo de aquisição e depende da regularidade do ciclo respiratório do paciente. Figura 10. Figura do navegador respiratório posicionado na imagem. v Realizar parada respiratória associada a sequências de pulso rápidas 18

19 Está é a técnica mais adotada quando o paciente é colaborativo, apesar de uma quantidade cada vez maior de trabalhos mostrarem vantagens em relação a qualidade da imagem e detecção de lesões quando é utilizada sincronia respiratória por cinta ou navegador [25,0]. O amplo uso da parada respiratória se deve a rapidez com que se consegue realizar o exame. O uso de sequências de pulso HASTE e TSE em tempo inferiores a 20 segundos permitem que sejam adquiridos de 10 a 30 cortes. Aquisições com múltiplas paradas respiratórias também podem ser adotadas, porém resultam em maior desgaste do paciente e possibilidade de perda de registro de localização do corte, uma vez que o paciente pode executar a parada respiratória com maior ou menor quantidade de ar, resultando em alteração na posição de estruturas como o fígado e o pâncreas. v Aumentar o número de excitações Uma solução, porém não muito utilizada, é aumentar o número de aquisições do espaço K para gerar uma mesma imagem, ou seja, aumentar o número de excitações (NEX). A repetição dos dados no espaço K suaviza os artefatos (Figura 57) e permite imagens de boa qualidade, porém o aumento de tempo de aquisição é proporcional ao aumento no NEX. Figura 11. Figura axial do abdome T1. v Utilizar técnica Propeller/BLADE 19

20 Em estudos do abdome tem sido cada vez mais adotada a técnica de correção de movimento baseada em aquisições em projeção do espaço k para uso em pacientes não colaborativos, e onde a sincronia respiratória não é possível. Em exames de ombro e plexo braquial esta técnica tem sido útil para eliminar artefatos devido a movimento respiratório. v Utilizar técnicas de correção de movimento offline É possível fazer uso de técnicas de correção de movimento (corregistro) após a aquisição das imagens através da aplicação de algoritmos instalados no próprio computador de aquisição ou em computadores independentes. Quando são adquiridas múltiplas fases em parada respiratória (e.g., pré e pós-infusão de gadolínio) nos exames de mama e fígado, o efeito da respiração pode não ocasionar artefatos diretamente visíveis nas séries individuais. Porém, quando é necessário obter a curva de realce pelo meio de contraste ou realizar a subtração das séries pós-gadolínio da aquisição pré, pequenas alterações de posição devido ao movimento respiratório ou voluntário podem acarretar falsas imagens de impregnação ou alterações no traçado da curva de realce do meio de contraste, sendo necessária a aplicação de correção de movimento offline. Movimento Voluntário O movimento do paciente durante a aquisição das imagens faz com que ocorra um erro na codificação espacial, formando um artefato que se propaga na direção de fase. A imagem é apresentada com um artefato do tipo fantasma em várias posições na direção de fase, degradando a qualidade da mesma. Dependendo do nível de movimento, um borramento total da imagem pode ocorrer, inviabilizando a continuação do exame. Ação Corretiva: v Melhorar a comunicação com o paciente 20

21 Quando o paciente é informado previamente sobre todas as etapas do exame e se sente tranquilo e seguro, a ansiedade tende a diminuir, reduzindo assim a chance de movimentação. Durante o exame, o operador deve se comunicar com o paciente pedindo-lhe cooperação e explicando cada etapa. Em exames com a infusão de meio de contraste endovenoso, o preparo prévio dos materiais necessários e a punção otimizam o tempo e evitam que o mesmo mude de posição. Este ponto é especialmente importante quando se deseja que as imagens pré e pós-contraste possuam boa correlação de posição, como nos exames de mama e abdome. v Realizar contenção do paciente O uso de faixas e sacos de areia auxilia a conter o paciente. Muitas bobinas de crânio possuem fixadores laterais e espumas especialmente desenvolvidas para evitar pequenos movimentos. Fazer a contenção de forma confortável é fundamental. Alguns sistemas de RM possuem, como opcionais, espumas imobilizadoras moldadas por ar ou por vácuo. v Técnica Propeller/BLADE Em exames onde a colaboração do paciente não é possível e nos casos em que o procedimento anestésico não resulta em supressão completa de movimentos, a técnica Proppeler/BLADE, quando disponível, deve ser usada. Pacientes portadores da doença de Parkinson com movimentos de tremor no corpo são beneficiados por esta técnica, assim como pacientes com suspeita de acidente vascular cerebral nos quais a sedação ou anestesia não é recomendada. v Utilizar técnicas de correção de movimento offline Da mesma forma que para a correção de artefatos de movimento respiratório, técnicas de correção de movimento podem ser usadas após a aquisição dos dados, permitindo que imagens desalinhadas no espaço possam ser corrigidas em seis graus de liberdade (três de rotação e três de translação). O uso desta técnica é especialmente útil em estudos de RM funcional (RMf) pois permite que os cortes volumétricos sejam realinhados para a correta análise estatística posterior. 21

22 Técnicas de Correção de Movimento Baseadas em Aquisições em Projeção do Espaço k (PROPELLER/BLADE/MultiVane) A técnica conhecida como PROPELLER (Periodically Rotated Overlapping Parallel Lines with Enhanced Reconstruction) descrita originalmente por Pipe [0] está baseada na aquisição de lâminas, ou conjuntos retangulares de linhas do espaço k, de forma radial até que seja obtido um disco de dados. Cada lâmina consiste de linhas de codificação de fase adquiridas através de trajetória retilinear com ecos coletados de aquisições TSE ou EPI após o envio de um pulso inicial de RF. O método é uma variante de aquisições espirais do espaço k e permite a correção de movimentos de rotação e translação que ocorrem no plano de corte através do uso dos dados do centro do espaço k. O centro do espaço k é obtido diversas vezes, uma vez que cada lâmina passa obrigatoriamente pelo centro, portanto, por efeito de média ( averaging) reduz artefatos de movimento e ainda permite a correção de inconsistências causadas por movimento entre as lâminas [0]. Figura 12. Processo de obtenção do BLADE. 22

23 Fantasma N/2 EPI Devido ao fato de que cada segunda linha do espaço k é lida através da aplicação de um gradiente negativo, as imagens EPI são extremamente susceptíveis à modulações do sinal de uma linha para outra. Antes da transformada de fourier dos dados do espaço K, estas linhas devem ser revertidas. Este processo de reversão pode resultar na introdução de erros de fase em cada linha alternada do espaço k [0]. A modulação do sinal em imagens EPI causa uma imagem fantasma que aparece desviada em metade do campo de visão, daí o nome N/2, onde N se refere ao número de pixels na direção de codificação de fase. A maior parte das ações corretivas possíveis necessita de intervenção do fabricante, pois se referem a calibrações e ajustes que não estão acessíveis ao operador. Figura 13. Artefato N/2. Ação Corretiva: v Aumentar o do campo de visão Uma solução usada no passado ou em equipamentos mais antigos era adquiriremse as imagens eco planares (EPI) com um campo de visão maior de forma que o artefato não recaísse sobre a anatomia de interesse. A penalização para esta ação é a perda de resolução espacial. 23

24 Envelopamento O envelopamento ou dobra ocorre quando parte da anatomia, que está fora do campo de visão (CDV) na direção de fase da imagem, recai no lado aposto da imagem nesta direção. A ocorrência de envelopamento na direção de frequência é muito rara, pois atualmente os sistemas de RF utilizam filtros para eliminar os valores de frequência do sinal de RM que ocorrem fora do CDV. A Figura 60 mostra o artefato de envelopamento em um corte 2D sagital do encéfalo causado pelo posicionamento incorreto do centro do CDV antes da aquisição. Figura 14. Imagem sagital SE T1 do encéfalo onde o centro do corte foi posicionado de forma errada, causando efeito de dobra (envelopamento de fase) da parte anterior da face no lado oposto do campo de visão. Nas aquisições 3D existe a possibilidade de ocorrência deste artefato na direção de corte do volume, como mostra a Figura 61, uma vez que o perfil de RF para excitar a região 3D excede o volume de imagem e é utilizada codificação de fase na direção de corte. O aparecimento de imagem de estruturas que estão acima ou abaixo do volume pode inutilizar alguns cortes importantes da aquisição. 24

25 Ação Corretiva: v Aumentar o campo de visão na direção de fase Esta ação é a mais simples, porém altera diretamente a resolução espacial se não for acompanhada de aumento na matriz na direção de fase, o que resulta por sua vez em aumento no tempo de aquisição. Na maioria das vezes é aplicada para adequar o tamanho do paciente ao campo de visão. v Inverter a direção de codificação de fase Trocar a direção de fase pela de frequência garante que a anatomia excedente não irá dobrar. Esta ação pode ser adotada num corte axial do abdome quando o paciente repousa com os braços ao longo do corpo. Se a direção de fase for anteroposterior, a imagem dos braços não recairá para dentro do campo de visão. Deve se ter atenção quanto a ocorrência de artefatos tipo fantasma que se propagam na direção de fase, pois podem passar a ocorrer ou atrapalhar a imagem da região de interesse. v Utilizar recursos de no phase wrap ou phase oversampling Esta técnica consiste em codificar, na direção de fase, além do campo de visão definido. Esta região extra que foi codificada não será mostrada na imagem reconstruída. Em alguns equipamentos o uso desta técnica faz com que automaticamente a área codificada em fase aumente 50% simetricamente para cada lado. Em outros equipamentos uma seleção de valores porcentuais do campo de visão pode ser selecionada. Cada aumento de codificação de fase irá resultar proporcionalmente em aumento de tempo de exame, porém com melhoria na razão sinal-ruído. v Utilizar recursos de slice ou volume oversampling Da mesma forma que com o phase oversampling, esta técnica permite que a codificação de fase em imagens 3D aumente simetricamente nos dois lados da fatia 25

26 na direção de corte. Este aumento acarretará aumento no tempo de aquisição e na razão sinal-ruído. v Utilizar pulsos de RF de pré-saturação (bandas de saturação) O posicionamento de bandas de saturação espacial de radiofrequência permite que todo o sinal da região marcada pela banda não contribua com sinal no processo de formação da imagem. Assim, é possível posicionar bandas de saturação na anatomia que excede ao campo de visão na direção de fase. Algumas bobinas locais, como a de joelho, por exemplo, podem captar o sinal do outro joelho fora da bobina, fazendo com que seja necessário o uso de bandas de saturação. v Melhorar o posicionamento da bobina ou da região anatômica O posicionamento correto da região anatômica no interior de bobinas de volume e, principalmente, de bobinas locais (e.g., bobina de ombro), permite que o sinal desejado fique restrito a região de interesse, reduzindo a sensibilidade para regiões que estão além do campo de visão. Linhas e Ondulações O aparecimento de linhas, ondulações e outros sinais com padrões diversos que não possuem correlação com a presença de vasos ou movimentação do paciente, caracterizam este tipo de artefato, como mostra a Figura 59. Basicamente estão relacionados a erros durante o preenchimento do espaço k, seja por problemas de instabilidade dos gradientes, seja por erros na transmissão de RF. Problemas externos ao sistema de RM, como entrada de RF espúria pela gaiola de faraday, acessórios não próprios para o ambiente da sala de exames (bomba injetora de contraste, monitor multiparamétrico, oxímetro, bomba de infusão etc) também podem ser a causa deste tipo de artefato na imagem. Podemos subdividir o artefato em dois tipos: spikes e zipper, apesar de em alguns casos os dois tipos estarem presentes na imagem. 26

27 Figura 59. (a) Imagem axial tof para angiorressonância do encéfalo mostrando artefato em linha. (b) reconstrução 3D com visão anterior do volume adquirido mostrando a ocorrência do artefato em outros cortes e prejudicando a visualizacão das estruturas. O artefato foi causado por entrada de RF causado devido a problema na blindagem da porta da sala de exames. Artefato tipo Spike O termo spike se refere a erros nos dados do espaço k, em pontos bem determinados, que causarão, após a transformada de Fourier, oscilações e padrões de intensidade de sinal em toda a imagem. Estes pontos podem ter uma alta ou baixa intensidade de sinal comparada com o restante do espaço k[0]. A distância e a intensidade destes pontos em relação ao centro do espaço k irá determinar o aspecto na imagem. A origem é bastante variada e pode estar relacionada ao funcionamento dos gradientes, presença de material metálico (anéis, brincos, clipes de papel, moedas etc) dentro do túnel do equipamento, descargas elétricas geradas nos contatos de tomadas e lâmpadas, assim como no próprio lençol do paciente [0]. 27

28 Figura 60. (a) Exemplo de imagem com artefato tipo Spike, (b) correspondente imagem do espaço k mostrando o local de ocorrência do artefato, (c) remoção manual da região do espaço k e (d) aplicação da transformada de Fourier 2D no espaço k modificado para demonstrar a eliminação completa do artefato da imagem. Artefato Tipo Zipper É um artefato causado pela entrada de RF na sala de exames, normalmente por fechamento incompleto da porta da sala, quebra ou falha na blindagem da mesma, ou problemas na gaiola de faraday causados por erros na instalação ou má conservação ao longo do tempo. As imagens com este artefato mostram linhas de alta intensidade na imagem que se propagam na direção de fase, indicando que a falsa RF possui um valor específico de frequência, sendo esta uma diferença para o spike. 28

29 Ação Corretiva: v Verificar integridade da gaiola de faraday Os contatos da porta da sala de exames sofrem avarias com o tempo e devem ser revisados e limpos periodicamente, sendo substituídos quando quebrados ou ausentes. Testes realizados por empresas especializadas podem ser necessários quando existe desconfiança quanto a integridade da gaiola, principalmente quando é percebido sinais de umidade ou mesmo goteiras dentro da sala de exames. v Verificar a integridade das lâmpadas e cabos ligados a tomadas elétricas Lâmpadas queimadas ou com mau contato podem ocasionar faiscamento, assim como conexões defeituosas em tomadas elétricas. v Não permitir a entrada na sala de exames de equipamentos que não possuam compatibilidade com o ambiente de RM Todos os equipamentos e materiais usados dentro da sala de exames devem ser compatíveis com o ambiente de RM, tanto sob o ponto de vista de segurança, quanto em relação a possibilidade de ocorrência de artefatos. Bombas injetoras de contraste, de infusão medicamentosa e monitores multiparamétricos testados e aprovados pelos fabricantes para o ambiente da RM, trazem indicação da distância limite que devem ser mantidos do magneto para evitar atração e geração de artefatos. 29

30 Figura 61. Artefato tipo Zipper. Falsos Contornos ou Sombras Manchas escuras, sombras e falsos contornos nas imagens podem ter diversas causas que foram aqui agrupadas pela característica de envolver a redução de sinal local na imagem. As diferenças de frequência de precessão entre diferentes materiais, efeitos locais de susceptibilidade magnética e o simples fato da excitação de um corte interferir em outro corte próximo, podem causar este tipo de artefato. Uma subdivisão quanto a causa, ajuda a escolher a melhor opção para eliminar ou reduzir estes artefatos. Desta forma, esta categoria de artefato foi subdividida em: desvio químico, susceptibilidade, sobreposição de cortes, truncamento e volume parcial. 30

31 Desvio Químico A presença de contornos ou sombras nos limites entre diferentes estruturas anatômicas na direção de codificação de frequência denúncia este tipo de artefato, como pode ser visto na Figura 65. A causa é a diferença na frequência de precessão dos prótons de hidrogênio presentes na água e na gordura. Esta diferença, ou desvio, é de 3,35 partes por milhão (3,35 ppm)[0], o que representa cerca de 214 Hz a 1,5 T e 428 Hz a 3,0T. Com este exemplo é possível perceber que o artefato de desvio químico se torna bastante pronunciado à medida que o valor do campo magnético dos equipamentos aumenta, o que, por outro lado, faz com que não seja tão importante em equipamentos de baixo campo (0,2 a 0,5T). Figura 62. Artefato de desvio químico criando uma falsa borda na direção de frequência entre a gordura e o tecido hepático. Uma vez que a codificação espacial do sinal de RM - ou seja, a posição de onde vem o sinal do corpo do paciente - está baseada na frequência de precessão, um tecido ao lado do outro (pixel vizinho) irá ter uma distância em milímetros proporcional a uma distância em frequência, considerando que os tecidos dentro destes dois pixels vizinhos sejam iguais quanto a composição. Já, se a composição de um pixel for predominantemente de água (e.g., tecido hepático) e do outro pixel de gordura, além da distância em frequência gerada pelo processo de codificação 31

32 espacial, teremos um afastamento do pixel de água em relação ao pixel de gordura causado pela diferença de precessão entre os dois. No espaço vazio deixado por este afastamento surge a sombra escura vista nas imagens. A presença de uma borda brilhante pode ocorrer se houver sobreposicão de tecidos devido ao desvio químico. É fundamental salientar que a distância em hertz (Hz) entre os pixels de uma imagem, se deve a largura de banda de recepção selecionada no protocolo de aquisição. Quanto menor for a largura de banda de recepção para uma mesma matriz selecionada, maior será o efeito do desvio químico na imagem. Para exemplificar o que foi dito acima, a Figura 21 mostra este efeito em um objeto de teste composto por um frasco de óleo mineral que está imerso em um recipiente contendo água. Foram adquiridas imagens variando direção do gradiente de frequência e largura de banda de recepção. Figura 62. Demonstração do artefato de desvio químico com frasco contendo água e óleo mineral e a influência da seleção de direção de codificação de frequência e da escolha da largura de banda de recepção. 32

33 Imagens em fase e fora de fase O desvio químico entre a água e a gordura origina uma técnica utilizada em IRM que faz uso de um artefato para o diagnóstico de patologias. As chamadas imagens em fase e fora de fase têm origem em sequências de pulso gradiente eco (GRE), adquiridas com tempos de eco (TEs) calculados a partir do desvio químico entre a água e a gordura. Nas sequências de pulso Spin Eco (SE), os spin da água e os da gordura estarão em fase no momento da leitura (coleta do eco). Se convertermos o desvio químico, dado em frequência (Δf), em período (T), conforme a equação dada abaixo - podemos calcular o intervalo de tempo em que os spins da água e da gordura estarão em fase. Na metade deste tempo, os spins estarão fora de fase. Se calcularmos para 1,5 T, considerando um desvio de 214 Hz entre a água e a gordura, o valor do período será de aproximadamente 4,7 ms, como mostra o cálculo abaixo. Isto quer dizer que a cada 4,7 ms os spins da água e da gordura, submetidos a um campo de 1,5T, estarão em fase e a cada 2,4 ms estarão fora de fase. A Tabela 3 mostra valores calculados de TE para diferentes valores de campo a serem utilizados em sequencias GRE. Tabela 2. Valores aproximados de tempo de eco (TE) em milissegundos (ms) para que os spins estejam em fase e fora de fase para diferentes valores de campo magnético. Tempo de Eco (ms) 0,23T 0,35T 0,5T 1,0T 1,5T 3,0T Em fase 30,5 20,0 14,0 7,0 4,7 2,3 Fora de Fase 15,2 10,0 7,0 3,5 2,3 1,2 33

34 A partir deste conceito podemos obter imagens gradiente eco com tempos de eco em fase e fora de fase, como mostra a Figura 67, onde, nas imagens fora de fase, as interfaces entre tecidos com uma quantidade maior de água e tecidos com maior conteúdo de gordura aparecerão com perda de sinal, como é o caso dos limites entre o fígado e a gordura intraperitonial. No caso de patologias como a adenoma da glândula adrenal e infiltração gordurosa hepática, onde o tecido doente passa a ter uma concentração maior de gordura, o diagnóstico pode ser auxiliado pelo artefato, uma vez que nas imagens fora de fase, o sinal no tecido será reduzido em relação as imagens em fase, como mostra a Figura 67 [0,0]. Figura 64. Imagem com adenoma da glândula adrenal in fase e fora de fase. Método Dixon: Uso do Desvio Químico para Supressão do Sinal da Gordura Em 1984, um método proposto por Dixon[0], baseado em sequências de pulso Spin Eco modificadas, permitiu que fossem obtidas imagens em separado da água e da gordura, fazendo uso do desvio químico. A habilidade de produzir imagens separadas da água e da gordura, mesmo na presença de inomogeneidades do campo magnético estático (B 0 ), faz o método Dixon útil para supressão de gordura, supressão de água e análise de tecido que possuam conteúdo lipídico, principalmente em equipamentos de menor valor de campo (0,23 ou 0,35T) onde técnicas baseadas no envio de pulsos seletivos de RF não são possíveis. Em equipamentos de 3,0T ou mais, é bastante útil, pois não utiliza pulsos de RF 34

35 adicionais para saturar o sinal da gordura, reduzindo assim a taxa de absorção específica (SAR). Artefatos decorrentes desta técnica residem, em grande parte, no problema de corrigir de forma eficiente a fase no pós-processamento e compensar as inomogeneidades de campo magnético [0,0]. Em regiões do corpo onde o formato da estrutura não é uniforme ou é acompanhado de mudanças abruptas (e.g., pé, ombro e mão) as técnicas de saturação da gordura por RF falham e podem produzir artefatos, como mostra a Figura 68, pois são muito dependentes da homogeneidade do campo magnético. Como a técnica Dixon não requer tão alta homogeneidade do campo magnético, a chance de se obter sucesso com a supressão do sinal da gordura pode chegar a 100% [36]. Figura 65. (a) Erros de Saturação e (b) Uso do Dixon. Susceptibilidade A susceptibilidade magnética é uma característica dos materiais de responderem à aplicação de um campo magnético externo. O efeito de susceptibilidade magnética pode ser de reduzir levemente (diamagnetismo), de aumentar levemente (paramagnetismo) ou de aumentar bastante o campo magnético local (ferromagnetismo). 35

36 Desta forma, podemos dizer que a simples presença de tecido humano no interior do equipamento altera a homogeneidade do campo. De forma geral, o tecido humano é diamagnético, conforme observações realizadas por Faraday ainda no século XIX [0], porém tecidos em condições funcionais ou patológicas específicas podem produzir alterações no seu estado magnético e, consequentemente, no sinal, podendo assim ser usadas diretamente para o diagnóstico ou gerar artefatos. Algumas proteínas que contêm íons metálicos, como a deoxihemoglobina, metahemoglobina, hemosiderina e ferritina são paramagnéticas. O gadolínio presente nos meios de contraste usados em RM é paramagnético. A presença de material metálico e principalmente com componentes ferromagnéticos irá perturbar o campo gerando, não somente perda de sinal na região, mas também distorção geométrica, como mostra a Figura 69. Atualmente a quase totalidade dos implantes e dispositivos presentes no corpo de pacientes não é, ou não contém, elementos ferromagnéticos, porém ainda produzem quantidades variadas de artefato por susceptibilidade. Materiais como o titânio, platina e ouro são não ferromagnéticos e frequentemente utilizados em implantes e clipes de aneurisma. Assim como o desvio químico, o efeito de susceptibilidade é dependente do campo magnético externo aplicado. Quanto maior for o campo (e.g., 3,0 T) maior será o efeito de susceptibilidade. 36

37 Figura 66. Artefato produzido por aparelho dentário em diferentes sequências de pulso usadas em exames de rotina do encéfalo. (a) Sagital SE T1, (b) Axial Time-of-Fligth (TOF) para angiografia do encéfalo, (c) Axial EPI SE e (d) Axial EPI GRE. É possível perceber que a o artefato é mais proeminente nas imagens gradiente eco (b), especialmente na sequência de pulso EPI GRE (d). As diferenças na susceptibilidade dos tecidos faz com que aumente a inomogeneidade do campo magnético local, resultando em aceleração da defasagem nestas regiões, o que termina por reduzir o sinal local ou criar anomalias de sinal. As interfaces ar-tecido e osso-tecido são as principais causas de diferenças de susceptibilidade, podendo afetar imagens EPI e criar dificuldades para a saturação de gordura e realização da espectroscopia. Um mapa da homogeneidade do campo ou das regiões de maior susceptibilidade pode ser produzido com o uso de sequencias gradiente eco, como mostra a Figura 70. Este mapa permite identificar que nas interfaces osso-ar-tecido ocorrem grandes variações do campo e serão estes os lugares responsáveis pelo surgimento de artefatos de distorção, saturação de gordura e alteração de sinal. 37

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