Sobre a Física Médica

IRM: História e princípios básicos.

A Ressonância Magnética

Dá-se o nome de ressonância magnética (RM ou RMN) a uma técnica utilizada na medicina para produzir imagens de alta qualidade do interior do corpo humano. A ressonância magnética é baseada nos princípios do fenômeno físico da ressonância magnética nuclear (RMN), aproveitado em técnicas espectroscópicas usadas para obter informações e características físico-químicas microscópicas. 

Um exemplo da aplicação deste princípio físico pode ser encontrado na indústria farmacêutica internacional, que investe milhões de dólares montando centros de RMN para a determinação da estrutura de proteínas, pois a partir disto pode-se entender mecanismos das reações biológicas e assim desenvolver novas drogas que bloqueiem processos biológicos indesejáveis.

Mais informações sobre esse assunto podem ser acessadas no link abaixo:

Espectrometria de massa e RMN no estudo de macromoléculas biológicas

A MRI começou como uma técnica de imagem tomográfica, na qual são produzidas  imagens dos sinais de RMN produzidos em fatias finas do corpo humano, e já tem avançado para além da técnica utilizada na tomografia, obtendo-se imagens volumétricas, ou seja em três dimensões. ⁽¹⁾

A técnica foi chamada de imagem por ressonância magnética (MRI) em vez de imagem por ressonância nuclear magnética (NMRI) por causa das conotações negativas associadas à palavra “nuclear” no fim dos anos 1970. Apesar disso, a MRI não se utiliza de radiações ionizantes.

A ressonância magnética (RM) é um processo de imagiologia médica que usa um campo magnético e sinais de radio frequência (RF) para produzir imagens de estruturas anatômicas, da presença de doença e de várias funções biológicas do corpo humano. As imagens produzidas por RM são distintas das produzidas por outros métodos de aquisição de imagens. A principal diferença é que a RM pode identificar diversas imagens de diferentes tipos de tecidos. ⁽²⁾

Um pouco de história

A descoberta do fenômeno da RMN é atribuída a dois cientistas, Felix Bloch e Edward Purcell, e foi feita, independentemente, em 1946. Por causa dela, ambos receberam o prêmio Nobel em 1952.
A partir deste link é possível acessar a biografia dos dois cientistas citados acima:

Biografias

Durante duas décadas, entre 1950 e 1970, o fenômeno foi estudado e assim foram desenvolvidas técnicas para análises moleculares físicas e químicas.Em 1971, Raymond Damadian demonstrou os diferentes efeitos causados pela RM em diferentes tecidos, motivando os cientistas a considerar a RM como importante método de detecção de anormalidades.

Em 1973, a Tomografia Computadorizada com raios X foi introduzida por Godfrey Hounsfield, o que incentivou os investimentos na área. Neste mesmo ano, as primeiras demonstrações da técnica de IRM foram apresentadas por Paul Lauterbur.

Em 1975, Richard Ernst propôs o exame de RM utilizando a transformação de Fourier, que é a base da técnica atual de IRM.

A partir de então, os estudos avançaram e, em 1977, Raymond Damadian apresentou a RM, chamada de Ressonância Nuclear Magnética com campo focado, e Peter Mansfield desenvolveu a técnica eco-planar (EPI).

Willian Edelstein e colaboradores apresentaram imagens do corpo utilizando a técnica de Ernst, em 1980. Em 1986, desenvolveu-se técnica microscópica da IRM. Em 1987, a técnica eco-planar foi usada para produzir imagens em tempo real de um ciclo cardíaco único. Neste mesmo ano, Charles Dumoulin realizou uma angiografia por ressonância magnética, que permitiu a visualização do fluxo sanguíneo sem o uso do meio de contraste.

Em 1991, Richard Ernst foi laureado com o prêmio Nobel de Química pela descoberta da transformação de Fourier. Em 1992, a RM funcional (fRM) foi descoberta.
Em 2003, Paul C. Lauterbur, da Universidade de Illinois, e Sir Peter Mansfield, da Universidade de Nottingham, receberam o Prêmio Nobel de Medicina pelas suas descobertas em Ressonância Magnética. O método ainda é, sem dúvida, novo e bastante promissor.

Na tabela abaixo é possível observar, de maneira mais objetiva, a cronologia dos acontecimentos históricos citados acima. ⁽¹⁾

Tabela 1: Linha do Tempo⁽¹⁾

Imagens Tomográficas

Para entender melhor a IRM, deve-se primeiro entender o que são as imagens tomográficas. Ao contrário do que é comumente dito, a tomografia não é um exame diagnóstico que utiliza um fenômeno específico, mas sim um método de captação e organização das imagens produzidas a partir de diferentes radiações, como por exemplo: raios X, raios gama, ultra-som e ressonância magnética.

Na área médica, o exame popularmente chamado de tomografia computadorizada (TC ou CT) utiliza o raio X para obter a “fotografia” do que é solicitado. A diferença, neste caso, para a radiografia comum de raios X é a maneira como a região poderá ser visualizada. Através da imagem tomográfica é possível obter imagens mais precisas e de diferentes ângulos.

Por outro lado, o exame de ressonância magnética também não deixa de ser uma tomografia, que utiliza o fenômeno da ressonância nuclear magnética para obter suas imagens. A diferença para a tomografia que utiliza os raios X, ou simplesmente tomografia computadorizada, é o tipo de tecido que pode ser visualizado utilizando cada uma das diferentes radiações.

Assim, é importante entender alguns detalhes da imagem tomográfica para posteriormente entender os princípios da ressonância nuclear magnética, já que a IRM é basicamente um processo de imageamento tomográfico.

A tomografia produz imagens através da fotografia de fatias do corpo humano.

Para que se obtenha caracteristicas adequadas na imagem da região alvo, o protocolo para aquisão de imagens deve ser definido a partir de alguns fatores espaciais, como: o número de fatias, a orientação da fatia, bem como a estrutura no interior de cada fatia individual.

A imagem da fatia do corpo humano seria o equivalente a retirar a regiao anatômica acima e abaixo da faixa desejada, como pode ser observado na sequência das figuras 1 e 2. Cada fatia tem uma espessura, designada pela abreviação Thk, do inglês “thickness”. ⁽¹⁾

Figura 1: Espessura de uma fatia: Thk. ⁽¹⁾

Figura 2: Retirada, na imagem, da região anatomica acima da fatia. ⁽¹⁾

Cada fatia de tecido é subdividida em linhas e colunas de elementos de volume individual, o chamado voxel. Na figura 3, pode-se observar a representação deste elemento de volume.

O tamanho de um voxel tem um significativo efeito sobre a qualidade da imagem, ele é controlado por uma combinação de fatores e deve ser ajustado a um tamanho ideal para cada tipo de exame clínico.

Cada voxel é uma fonte independente de sinal de radiofrequência; dessa forma, seu tamanho tem grande importância na aquisição da imagem. ⁽²⁾

Figura 3: Representação do voxel em uma fatia de imagem. ⁽¹⁾

A imagem também é dividida em linhas e colunas de elementos planos de imagem, ou pixels. Um pixel da imagem representa um correspondente voxel de tecido dentro da fatia. A principal diferença entre o voxel e o pixel, é que o primeiro ainda é referente à fatia do corpo humano, ou seja, é um elemento de volume. Já o pixel refere-se à imagem obtida através do sinal produzido em cada voxel, e por isso está em duas dimensões. Essa diferença pode ser observada na figura 4.

O brilho de um pixel da imagem é determinado pela intensidade do sinal de radiofreqüência emitido pelo voxel do tecido, determinando assim a qualidade da imagem do exame. ⁽²⁾

Figura 4: Relação entre voxel e pixel. ⁽³⁾

Para finalizar, e facilitar o entendimento dos conceitos apresentados, pode-se observar, através da figura 5, um panorama geral desde a obtenção dos dados das fatias do corpo humano, após sua irradiação, até a sua transformação em imagem, resumindo as caracteristicas espaciais apresentadas acima.

Figura 5: Características espaciais da IRM. ⁽³⁾

Referências:

(1) Hornak J.P., The Basics of MRI.: disponível em

http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm, acessado em 30.01.2012.

(2) Sprawls P., Magnetic Resonance Image Characteristics.: disponível em

http://www.medicalphysics.org/apps/medicalphysicsedit/Sprawlsch1.pdf, acessado em 30.01.2012.

(3) Sprawls P., Magnetic Resonance Imaging: Principles, Methods and Techniques.: disponível em http://www.sprawls.org/resources/MRIvisuals/, acessado em 30.01.2012.