Ressonância Magnética

Ressonância Magnética

Ressonância Magnética - Histórico e Novas Aplicações

Dr. Guilberto Minguetti - CRM 3124

Professor Adjunto da Disciplina de Neurologia da UFPR, Diretor do CETAC - Centro de Tomografia Computadorizada e Ressonância Magnética

As primeiras publicações a respeito do fenômeno da ressonância magnética (RM) foram feitas por dois grupos de cientistas americanos independentes: Felix Bloch e colaboradores da Universidade de Stanford e Edward Purcell e colaboradores da Universidade de Harvard. Em 1952, ambos ganharam o prêmio nobel de Física por esta descoberta que basicamente reside no fato de que núcleos precessando em uma faixa fina de rádiofreqüência podem emitir um sinal capaz de ser detectado por um receptor de rádio. O valor de tal descoberta foi notado alguns anos mais tarde quando foi demonstrado que a freqüência precisa com a qual ocorre a ressonância magnética é uma função do meio químico específico no qual o núcleo reside (chemical shift). Durante os anos 50 e 60 a RM foi utilizada como um método analítico por Químicos e Físicos para determinação das estruturas químicas, configuração e processos de reação. A primeira aplicação biológica foi proposta por Jasper Johns que obteve sinais de animais vivos somente em 1967.

Entretanto, foi Paul Lanterbur, em 1973, quem modificou os espectômetros para fornecer sinais espaciais codificados através da variação linear do campo magnético e, assim, se obteve as primeiras imagens de um objeto não homogêneo consubstanciando as primeiras demonstrações de imagens por ressonância magnética. À partir daí, a evolução da ressonância magnética aplicada à medicina foi rápida. As primeiras imagens humanas foram descritas por Sir Peter Mansfield em 1976, focalizando-se mais nas mãos e no tórax e, posteriormente, em 1977, na cabeça e no abdômen. Em 1983, depois de contínuas melhorias no software e hardware, os aparelhos de RM de corpo inteiro apresentavam um sistema capaz de realizar exames com imagens de superba resolução espacial e em poucos minutos. As imagens na Medicina podem ser produzidas por diferentes fontes que interagem no tecido humano. O tecido biológico em geral é opaco à radiação de comprimento de onda intermediário, tais como as da ultravioleta, infravermelho e das microondas (freqüências inferiores a 150 MHz).

Corte sagital do cérebro na nova seqüência denominada "IR Turbo Spin Echo"que produz imagens reais de excelente qualidade.

Entretanto, o corpo humano é relativamente transparente as radiações de comprimento de onda curto (por ex. raios x) que interagem com os elétrons e as de comprimento de onda longo (ondas de rádio) que interagem com os núcleos. As técnicas radiográficas (raios x convencionais e tomografia computadorizada) produzem imagens resultantes da atenuação dos fotons dos raios x pelo tecido corporal. As variações de contraste nestes casos se baseiam na variação das densidades de cada tecido que está sendo examinado. Imagens podem também ser produzidas por ultra-som, onde a clareza do sinal é o resultado da quantidade relativa de sinais refletidos. O ultra-som não utiliza a radiação ionizante contida no raio x e na TC, porém oferece resolução espacial bastante inferior. Além disso, o ultra-som é limitado pela presença de uma janela acústica entre a superfície externa e a região de interesse. As imagens por RM, contudo, são obtidas de modo não invasivo, tem extraordinária resolução espacial, não emprega radiação ionizante e se baseia na resposta específica do próton de hidrogênio de absorver e refletir energia contidas em ondas eletromagnéticas. Desta forma, em função da abundância de prótons de hidrogênio no corpo humano as imagens em última instância representam um mapeamento da distribuição dos mesmos nos diferentes tecidos examinados, num determinado tempo. Além disso, a RM é o único método de imagem que permite a obtenção dos três planos ortogonais (sagitais, coronais e axiais), sem reposicionamento do paciente, o que evita grandes desconfortos ao mesmo.

Em resumo, num exame de RM:

A. O paciente é colocado em um grande magneto, o que provoca a polarização dos seus prótons de hidrogênio que se alinham em um determinado eixo (paralelo ou anti-paralelo), pois os prótons de hidrogênio funcionam na natureza como minúsculos ímãs.

B. Os prótons de hidrogênio, ainda, executam um movimento em torno do seu eixo longitudinal e outro circular, simultaneamente, como se imitassem um pião. Este fenômeno chama-se precessão e tem uma freqüência própria para cada campo magnético específico e depende da intensidade do campo magnético (por isso que, quanto maior a potência do magneto, melhor a qualidade da imagem e mais rápido o exame).

C. O alinhamento dos prótons se rompe com a aplicação de pulsos de rádiofreqüência aplicados ao paciente, fazendo com que os prótons de hidrogênio precessem em sincronia, em fase. Isto cria um novo vetor magnético.

D. Quando o pulso de rádiofreqüência é subitamente desligado, os prótons de hidrogênio voltam à sua posição normal, se realinham, e nessa circunstância eles emitem um sinal que é captado por uma bobina localizada ao redor da área a ser examinada (por exemplo, bobina de crânio, de coluna, de joelho, de mama, da ATM, etc).

E. O sinal emitido e captado pela bobina é utilizado pelo computador que, através de complexos princípios matemáticos, o transforma em imagens.

Com relação ao magneto, os sistemas comerciais trabalham com magnetos de campos variáveis de 0.01 a 2 tesla. Por comparação, o campo magnético terrestre fica entre 0,2 e 0,7 Gauss (1 Gauss é equivalente a 0,001 Tesla). Quanto maior a intensidade de campo, maior a magnetização total do corpo e potencialmente maior e melhor a intensidade de sinais emitidos pelo próprio corpo produzindo melhores imagens em tempos cada vez menores. Basicamente, existem três tipos de magnetos: resistivos, permanentes e super-condutivos. Os magnetos resistivos consistem de bobinas através das quais fluem ondas elétricas de alta voltagem criando um campo magnético. Nestes tipos de magneto é difícil se obter alta homogeneidade de campo. Os magnetos permanentes não necessitam de corrente elétrica para criar o campo magnético, pois este já é conseqüência do próprio magneto. Porém, este sistema só é estável se a temperatura for muito bem controlada e os magnetos são bastante pesados, com o peso aumentando proporcionalmente à intensidade de campo que, nestes tipos de magnetos, podem atingir no máximo 0.3T. Para campos magnéticos mais altos, são usados os magnetos supercondutivos que possuem as bobinas magnéticas imersas em fluidos criogênicos (hélio líquido). À temperatura do hélio líquido, as bobinas se tornam supercondutivas e assim, uma vez que a corrente elétrica indutora tenha sido aplicada nas bobinas magnéticas, a unidade pode ser desconectada da fonte de suprimento de carga elétrica o que significa uma grande economia de energia. A corrente elétrica e o campo magnético são assim mantidos sem fontes externas. Este sistema oferece excelentes estabilidade e homogeneidade de campo.

MAGNETOS

À partir das teorias de Paul Lanterbur (1973) ficou patente que para a diferenciação espacial dos sinais emitidos por uma região de interesse de uma matéria ou de um ser vivo seria preciso criar um sistema de gradiente de campo magnético. Este gradiente é um fraco campo magnético que muda linearmente com a posição. Para isso foram criadas três tipos de bobinas de gradiente, uma para cada eixo do aparelho (X, Y e Z). Desta forma, qualquer ponto do paciente pode ser identificado em três dimensões. A potência dos gradientes, contudo, tem grande importância na performance dos equipamentos de RM, no que diz respeito à qualidade de imagens, rapidez, novas aplicações, etc. Assim, existem no mercado aparelhos com bobinas de gradiente de 5mT (mili Tesla), 10mT, 15mT, 20mT e os mais novos apresentam-se com 23 a 25mT.

SISTEMAS DE BOBINAS DE GRADIENTE

Com um magneto de 1.5T os novos aparelhos de RM estão preparados para as seguintes inovações:

NOVAS APLICAÇÕES

Imagens funcionais cerebrais (IFC) obtidas através dos novos equipamentos de RM vão além das informações morfológicas. Exemplos de IFC são estudos da ativação cortical cerebral, difusão e perfusão que utilizam uma seqüência de pulso chamada EPI (Echo Planar Imaging). O estudo da ativação cortical permite a avaliação das diferentes áreas funcionais do cérebro tais como região hipocampal, lobo temporal, córtex, motora e sensitiva, áreas da linguagem, funções cognitivas, etc. Os sinais originários destas áreas são obtidos através de tarefas ou estímulos impostos ao paciente de acordo com a função examinada. Desta forma, pode-se obter um mapeamento das áreas cerebrais normais e anormais quando associadas a uma determinada patologia através de estímulos motores, visuais ou auditivos. Com isso obtêm-se informações mais detalhadas dos processos patológicos e sua área de abrangência, podendo-se preservar áreas nobres nos atos cirúrgicos diretos ou nos tratamentos intervencionistas intravasculares (Fig 2, 3 e 4).

Colangioressonância (sem contraste)

A colangioressonância foi inicialmente descrita por Wallner em 1991 que, através do sinal hiperintenso do fluido estacionário nas imagens ponderadas em T2, conseguiu delinear as vias biliares sem a necessidade de administração do contraste. É um método não invasivo, de elevada acurácia, permitindo a avaliação multiplanar da anatomia do trato biliar e pancreático sem os riscos inerentes das complicações observadas em algumas entidades clínicas, quando se utiliza a colangiopancreatografia endoscópica retrógrada (CPER). Dados recentemente publicados estabelecem a elevada sensibilidade da colangioressonância com aproximadamente 95% para dilatação e estenoses dos ductos biliares e pancreáticos e 72 a 95% para coledocolitíase. A sensibilidade da colangioressonância para detecção de cálculos no ducto biliar comum é mais elevada (95%) do que o ultra-som e a tomografia computadorizada (60-90%). Outra indicação da colangioressonância que supera a colangiopancreatografia endoscópica retrógrada é a demonstração satisfatória das estenoses ductais pós-operatórias ou complicações pós-operatórias de qualquer natureza onde a CPER é impossível de ser realizada. Outro detalhe a favor da colangioressonância é o seu baixo preço em relação a CPER.

2. RM FUNCIONAL: ATIVAÇÃO CEREBRAL, PERFUSÃO E DIFUSÃO

1. COLANGIOPANCREATOGRAFIA POR RM (COLANGIORESSONÂNCIA)

O fenômeno da perfuração engloba a fase do transporte vascular dentro da rede capilar que se distribui em cada tecido seguido da difusão de nutrientes através da parede capilar e da membrana celular e daí para dentro das células nervosas. Entretanto, o termo "perfusão" é freqüentemente usado para indicar somente a fase de transporte vascular e é neste contexto que o estudo da perfusão por RM foi desenvolvido. Os principais parâmetros obtidos na perfusão por RM é o volume sangüíneo regional cerebral, expresso em ml/g, e o fluxo sangüíneo regional cerebral, expresso em ml/g/s. No tecidos vivos as moléculas de água são abundantes. Estas moléculas dão origem aos sinais da RM, pois são ricas em hidrogênio e em escala microscópica muitas delas coexistem em movimentos incoerentes através de velocidades e direções diferentes. Este movimento ao acaso provoca o choque de uma molécula com a outra e é conhecido como movimento browniano. Através destes movimentos e em associação com as propriedades específicas da membrana celular ocorre o fenômeno da difusão da água através da mesma. As imagens ponderadas especificamente para os estudos de difusão baseiam-se na variação do coeficiente de difusão da água através das membranas das células cerebrais atingidas por qualquer patologia. Entre outras, a melhor aplicação das imagens ponderadas para o estudo da perfusão e difusão são os acidentes vasculares cerebrais, pois estas técnicas podem mostrar a presença de infartos hiperagudos bem como alterações de volume e fluxo sangüíneos cerebrais. Com isso, abre-se uma poderosa janela diagnóstica para a investigação clínica dos acidentes vasculares cerebrais agudos e em conseqüência a aplicação dos vários métodos terapêuticos modernos cujo objetivo principal é a redução da morbidade e mortalidade dos pacientes

Ressonância Magnética Cerebral Tridimensional mostrando à cores áreas corticais com diferentes coeficientes metabólicos.

Imagens geradas em 3D e com sobre-posição de sistemas neurofuncionais.

Corte sagital do cérebro na nova seqüência denominada "IR Turbo Spin Echo" que produz imagens reais de excelente qualidade

Permite avaliação de qualquer segmento vascular corporal (cérebro, pescoço, tórax, abdômen e membros) de forma rápida e com extraordinária resolução espacial, tornando este método absolutamente confiável nos aparelhos de 1.5T. Quando se avalia os vasos cerebrais ou do pescoço, apenas em algumas circunstâncias especiais se utiliza o contraste paramagnético (Gadolinium) e as imagens vasculares são obtidas através de seqüências especiais que são melhores quanto melhor a qualidade do aparelho.

À Esquerda, imagem na seqüência FLAIR mostra com dificuldade área de isquemia hiperaguda (5 horas). À direita, imagem obtida através da seqüência de difusão mostra área de infarto com maior precisão.

As mesmas seqüências obtidas 7 dias depois

3. PACOTE VASCULAR AVANÇADO

8. Outros avanços da ressonância magnética através dos aparelhos de 1.5T diz respeito à analise do fluxo liquórico, estudo das articulações têmporo-mandibulares com bobina dupla permitindo a avaliação das duas ATMs simultaneamente e a aplicação de bobinas do tipo "synergy" para a coluna. Estas bobinas permitem imagens amplas da coluna como um todo, evitando em alguns casos a necessidade de exames individuais da coluna cervical, torácica e lombar, particularmente nas crianças e indivíduos adultos de pequeno porte.

Agioressonância cerebral com Gadolinium mostrando extensa malformação artério-venosa

Angiorressonância cerebral sem Gadolimium

Contudo, recentemente foi desenvolvida uma "bomba injetora" do contraste paramagnético para o ambiente próprio da sala de ressonância magnética. Com esta nova tecnologia, consegue-se através dos aparelhos de 1.5T excelentes imagens da aorta torácica e abdominal, artérias pulmonares, artérias renais, mesentéricas, sistema portal e artérias periféricas. Esta nova tecnologia não invasiva e que utiliza o contraste endovenoso sem a necessidade de cateterização arterial tem sido aceita e incorporada na prática clínica de vários centros médicos do mundo, principalmente pela raridade de reações anafiláticas ao contraste (Gadolinium) e ausência de nefrotoxidade em exames que permitem a obtenção de imagens tridimensionais de excelente resolução espacial semelhantes àquelas obtidas com a angiografia convencional e em tempo extremamente rápido.

À esquerda, observa-se angioressonância tridimensional contrastada. Pode-se notar a dissecação da aorta e detalhes do coração, artérias renais e elíacas. À direita, aparece uma angioressonância periférica que mostra dois pseudo-aneurismas e múltiplas oclusões.

Angioressonância tridimensional da aorta.

4. PACOTE CARDÍACO

Nos últimos vinte anos, as técnicas não invasivas de imagens do coração alcançaram seu auge através da ecocardiografia. Na grande maioria das vezes, era a ecocardiografia o único exame que podia fornecer dados sobre a morfologia e função cardíacas. A Ressonância Magnética (RM) foi introduzida no meio médico em 1985; porém, somente nos últimos dois ou três anos é que sua utilização na Cardiologia teve um extraordinário avanço, estabelecendo-se como método não invasivo de superior qualidade. A ressonância magnética oferece imagens cardíacas com detalhes de anatomia e função de uma forma totalmente segura, sem qualquer risco para os pacientes (a única contra-indicação é o marcapasso cardíaco) e sem submete-los aos inconvenientes das técnicas invasivas de cateterismo. E esta atuação da RM na Cardiologia será bem maior no futuro próximo, graças aos novos pacotes de softwares que introduzem técnicas de imagens ultra-rápidas que anulam os artefatos de movimento. A RM é essencialmente uma técnica de imagem tridimensional, daí porque ela é capaz de avaliar o volume cardíaco, sua superfície, as câmaras cardíacas (átrios e ventrículos), fornecendo informações não só de sua estrutura como também de sua contratilidade e do fluxo sangüíneo dentro destas câmaras. Estas informações são úteis para avaliar e quantificar a função dos ventrículos, a severidade das lesões das válvulas cardíacas e o grau de reserva do fluxo coronariano. Além disso, com as seqüências ultra-rápidas, pode-se hoje obter informações sobre a difusão do meio de contraste utilizado em RM (Gadolinium-DTPA) através do miocárdio, método que auxilia a avaliação da perfusão miocárdica regional e volume sangüíneo. A mais recente aplicação das seqüências ultra-rápidas de exame diz respeito aos grandes vasos (artérias e veias) que entram e saem do coração e as artérias que nutrem o coração (as coronárias). Como tudo que se relaciona ao coração é dinâmico, as imagens obtidas pelo computador são enviadas aos médicos que solicitam o exame através de fitas de vídeo. Desta forma, eles podem examinar a anatomia e a função cardíaca com precisão extraordinária de detalhes não apenas através dos três planos ortogonais (axiais, sagitais e coronais) classicamente registrados nos filmes de raio x, mas também através das fitas de vídeo que propiciam a análise dinâmica tridimensional da anatomia e funções normais do coração, bem como de todas as doenças diagnosticadas.

Ressonância magnética do coração mostrando fases diastólica e sistólica

Ressonância magnética do coração mostrando medidas da parede do coração nas fases diastólcia e sistólica

5. ESPECTROSCOPIA

Desde a sua descoberta, há ±50 anos, a espectroscopia por ressonância magnética tornou-se um método extraordinário para examinar átomos e moléculas. Seu uso nos laboratórios de física e química, portanto, tinha como finalidade principal a análise das interações moleculares e a identificação de compostos químicos. No campo clínico, a ressonância magnética acabou se convertendo num método diagnóstico por imagem. Contudo, o mais importante dos objetivos da espectroscopia, isto é, a capacidade de desenvolver a identificação química das substâncias, era de difícil solução no processo de imagem por ressonância magnética. Nos anos mais recentes, com a melhoria do hardware e software dos aparelhos modernos, pode-se finalmente obter espectroscopia dos tecidos vivos. A espectroscopia por ressonância magnética in vivo combina os métodos de imagem tradicionais da RM com a capacidade de análise química dos tecidos, tornando-se um método não invasivo para o estudo de processos bioquímicos cerebrais, hepáticos e musculares. As principais aplicações clínicas da espectroscopia cerebral são: acidentes vasculares cerebrais, tumores, demências, asfixia neonatal, epilepsia, infecções pelo HIV, doenças dos núcleos da base, esclerose múltipla. No caso dos tumores cerebrais, vários autores têm descrito curvas específicas dos metabólitos (mioinositol, creatina, colina, N-acetil-aspartato e outros) para determinados tipos de tumores. Assim, pode-se obter através das curvas dos metabólitos obtidos pela espectroscopia dos tumores cerebrais a definição de malignidade ou benignidade. Entre os tumores malignos pode-se ainda ter uma noção aproximada de sua composição química, o que facilita na identificação de seu grau histológico e conseqüentemente o tipo de tumor. Além disso, uma das melhores utilizações da espectroscopia por ressonância magnética cerebral é a diferenciação entre recidiva tumoral e radionecrose, coisa que só era possível através do PET (Tomografia por Emissão de Prótons) método extremamente caro e que não existe no Brasil, mas somente nas grandes universidades americanas e européias.

Espectrocopia cerebral de um paciente com epilepsia. À esquerda, a área do foco epilético. À direita, a região lateral normal.

6. UROGRAFIA

Também através da técnica do "Single-Shot Fast Spin Echo", a mesma utilizada para a colangiopancreatografia e aortografia, pode-se obter excelentes imagens do trato urinário. Desta forma, o nível de uma obstrução ureteral, por exemplo, é facilmente detectado com seqüências bastante rápidas através de imagens tridimensionais de excelente resolução espacial.

7. MAMOGRAFIA

O uso de uma nova bobina para mamas que possibilita a aquisição simultânea de imagens de ambas as mamas, imagens estas de alta resolução e grande homogeneidade, foi um dos grandes avanços da RM. A paciente é examinada em decúbito ventral, sem dor, desconforto ou pressão sobre as mamas. Desde a introdução da Ressonância Magnética (RM) para avaliação das patologias mamárias em 1986, este método tem recebido atenção e aceitação crescentes. Equipamentos de última geração com bobinas especialmente confeccionadas para a região mamária têm proporcionado avaliação tridimensional das mamas com elevada resolução espacial e temporal possibilitando caracterização morfológica das lesões e estudo dinâmico pós-contraste. Comparada a outros métodos, a RM oferece novas informações que, combinadas à mamografia convencional, tem elevado o índice de detecção de lesões malignas da mama. O uso do contraste na avaliação das mamas por ressonância magnética é imprescindível, explorando o princípio da angiogênese necessária ao crescimento tumoral. A ressonância magnética das mamas sem a administração do contraste está indicada apenas na avaliação da integridade dos implantes de silicone, sendo para esta última indicação aceito como o melhor método disponível atualmente. Muitos estudos têm demonstrado que a RM pode contribuir com informações morfológicas similares à mamografia convencional nas lesões neoplásicas malignas invasivas, sem a limitação da sobreposição dos tecidos e, principalmente, permite estudo dinâmico pós-contraste das lesões. Isto define tendências do padrão de realce que pode estabelecer a probabilidade de malignidade de uma determinada lesão. A mamografia por RM tem se revelado como um método de elevada acurácia dependendo, porém, de uma pré-seleção adequada das pacientes. É, portanto, um método complementar à mamografia convencional, não podendo ser considerada método de "screening", especialmente pela limitação da RM na identificação das lesões precoces que se manifestam por microcalcificações que são facilmente detectadas pela mamografia convencional. Por outro lado, em pacientes com fatores de risco para malignidade mamária, a RM pode, como nenhum outro método, detectar lesões iniciais que não se manifestem por microcalcificações, portanto inaparentes à mamografia convencional. Cerca de 99% das neoplasias invasivas da mama exibem algum realce pós-contraste, enquanto que 30% dos carcinomas in-situ apresentam realce atípico e 10 a 20% podem demonstrar mínimo ou nenhum realce, limitando a sensibilidade e especificidade do método na avaliação das neoplasias iniciais. Portanto, as novas informações obtidas com a ressonância podem ser de valor inestimável predominantemente no diagnóstico das neoplasias invasivas e ainda nas situações em que a mamografia têm papel limitado, ou seja: - Extensas alterações cicatriciais pós-cirúrgicas com ou sem radioterapia; - Exclusão e detecção precoce de neoplasia maligna após implantes de silicone; - Mama densa em pacientes com elevado risco para neoplasia de mama; - Caso-problema - resultados contraditórios por outros métodos; - Pré-operatório na detecção de multifocalidade, multicentricidade e avaliação da mama contralateral; - Acompanhamento da resposta tumoral à quimioterapia; - Avaliação da integridade dos implantes de silicone. Contudo existem situações em que a ressonância pode não contribuir significativamente: - Detecção de microcalcificações; - Avaliação de displasias, doenças inflamatórias e secretórias; - Pacientes assintomáticas sem fatores de risco para neoplasia maligna mamária. Como já foi mencionado, as microcalcificações são melhor detectadas pela mamografia convencional e nos casos das displasias mamárias, doenças inflamatórias e secretórias as alterações identificadas pela RM são inespecíficas, sobrepondo-se muitas vezes àquelas do parênquima mamário normal sob influência hormonal. Em torno de 30 % das pacientes jovens, assintomáticas e sem fatores de risco para malignidade, a ressonância magnética pode detectar inúmeras alterações benignas como adenose ou fibroadenoma, inaparentes por outros métodos de imagem. Isto pode causar dúvida diagnóstica, levando a paciente a se submeter a biópsias desnecessárias e a um excessivo número de estudos adicionais o que, sem sombra de dúvida, compromete a credibilidade do método.

Mamografia por ressonância magnética mostrando prótese de silicone.

Cortes Sagitais mostrando a qualidade das novas bobinas.

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