Imagem por ressonância magnética

Para realizar um estudo, a pessoa fica posicionada dentro de um scanner de MRI que forma um forte campo magnético em torno da área a ser imageada. Na maioria das aplicações médicas, os prótons (núcleos de hidrogênio) em tecidos contendo moléculas de água criam um sinal que é processado para formar uma imagem do corpo. Primeiro, a energia de um campo magnético oscilante temporariamente é aplicada ao paciente na frequência de ressonância apropriada. Os átomos de hidrogênio excitados emitem um sinal de radiofrequência, que é medido por uma bobina receptora. O sinal de rádio pode ser feito para codificar informações de posição, variando o campo magnético principal usando bobinas de gradiente. À medida que estas bobinas são rapidamente ligadas e desligadas, elas criam o ruído repetitivo característico de uma varredura de ressonância magnética. O contraste entre diferentes tecidos é determinado pela taxa em que os átomos excitados retornam ao estado de equilíbrio. Os agentes de contraste exógenos podem ser administrados por via intravenosa, oral ou intra-articular.

A formação da imagem por ressonância magnética (RM) depende da aquisição de sinais no k-space, uma matriz bidimensional que representa as frequências espaciais da amostra. Cada ponto do k-space contém informações sobre a contribuição harmônica de determinada região do objeto, e a imagem final ( x {\displaystyle x} ) é obtida aplicando-se a Transformada Inversa de Fourier (IFFT) ao conjunto de dados adquiridos ( y {\displaystyle y} ). Matematicamente, o processo de aquisição pode ser modelado como um sistema linear subdeterminado: Onde x {\displaystyle x} é o vetor de intensidades da imagem, y {\displaystyle y} são as medições obtidas, C {\displaystyle C} é a matriz de amostragem e η {\displaystyle \eta } representa o ruído de medição. O desafio da reconstrução reside no fato de que, para acelerar o exame, muitas vezes o número de medições ( p {\displaystyle p} ) é muito menor que o número de variáveis da imagem ( n {\displaystyle n} ), tornando o problema mal-posto sob a ótica da álgebra linear.

O tempo prolongado de aquisição em RM representa um desafio crítico na pediatria. Crianças pequenas frequentemente não conseguem permanecer imóveis por longos períodos, o que gera inconsistências no k-space e resulta em artefatos de movimento. Historicamente, a solução era o uso de sedação ou anestesia geral, que acarreta riscos de complicações respiratórias e eventos hipoxêmicos em até 5% dos casos, além de aumentar os custos hospitalares. A implementação de algoritmos de reconstrução esparsa, como o L1-SPIRiT (Iterative Self-Consistent Parallel Imaging Reconstruction), permite fatores de aceleração entre 2 × {\displaystyle 2\times } e 6 × {\displaystyle 6\times } sem perda de qualidade diagnóstica. Estudos demonstram que a combinação de imagem paralela com Compressed Sensing melhora a definição de estruturas finas, como o ducto pancreático e vasos pulmonares periféricos. Esta abordagem segue o princípio ALARA (As Low As Reasonably Achievable), minimizando a exposição do paciente a riscos anestésicos desnecessários.

Cada tecido retorna ao seu estado de equilíbrio após a excitação pelos processos independentes de T1 (spin-tretice) e T2 (spin-spin) de relaxamento. Para criar uma imagem ponderada em T1, a magnetização pode ser recuperada antes de medir o sinal MR, alterando o tempo de repetição (TR). Esta ponderação de imagem é útil para avaliar o córtex cerebral, identificando tecido adiposo, caracterizando lesões focais e, em geral, para obter informações morfológicas, bem como para imagens pós-contraste. Para criar uma imagem ponderada em T2, a magnetização pode decair antes de medir o sinal MR alterando o tempo de eco (TE). Esta ponderação de imagem é útil para detectar edema e inflamação, revelando lesões de substância branca e avaliando a anatomia zonal na próstata e no útero. A exibição padrão de imagens de MRI é representar características de fluido em imagens em preto e branco, onde diferentes tecidos são os seguintes:

A ressonância magnética para imagens de estruturas anatômicas ou fluxo sanguíneo não requer agentes de contraste, pois as propriedades variáveis dos tecidos ou sangue proporcionam contrastes naturais. No entanto, para tipos de imagem mais específicos, os agentes de contraste intravenosos mais utilizados são baseados em quelatos de gadolínio. Em geral, esses agentes se mostraram mais seguros do que os agentes de contraste iodados utilizados na radiografia ou TAC. As reações anafilactóides são raras, ocorrendo em cerca de 0,03 a 0,1%. De particular interesse é a menor incidência de nefrotoxicidade, em comparação com os agentes iodados, quando administrados em doses usuais. Isto fez uma varredura de ressonância magnética contrastante uma opção para pacientes com insuficiência renal, que de outra forma não seriam capazes de ser submetidos a TAC com contraste. Embora os agentes de gadolínio se tenham revelado úteis para pacientes com insuficiência renal, em pacientes com insuficiência renal grave que requer diálise, existe o risco de uma doença rara mas grave, fibrose sistêmica nefrogênica, que pode estar ligada ao uso de certos agentes contendo gadolínio. O mais frequentemente ligado é a gadodiamida, mas outros agentes também foram ligados. Embora uma ligação causal não tenha sido definitivamente estabelecida, as diretrizes atuais nos Estados Unidos são que os pacientes em diálise só devem receber agentes de gadolínio quando essenciais e que a diálise deve ser realizada o mais rápido possível após a varredura para remover o agente do corpo prontamente. Na Europa, onde mais agentes contendo gadolínio estão disponíveis, uma classificação dos agentes de acordo com os riscos potenciais foi liberada. Recentemente, foi aprovado um novo agente de contraste chamado gadoxetate, Eovist de marca (US) ou Primovist (EU), para uso diagnóstico: isso tem o benefício teórico de um caminho de excreção dupla.

A RM possui uma ampla gama de aplicações no diagnóstico médico e estima-se que mais de 25 mil scanners estejam em uso em todo o mundo. A RM afeta o diagnóstico e o tratamento em muitas especialidades, embora o efeito sobre os melhores resultados de saúde seja incerto. A ressonância magnética é a investigação de escolha no estadiamento pré-operatório do câncer retal e da próstata e, tem um papel no diagnóstico, estadiamento e acompanhamento de outros tumores.

A ressonância magnética nuclear como todas as formas de espectroscopia, trata-se da interação da radiação eletromagnética com a matéria. Entretanto, RMN diferencia-se da espectroscopia óptica em vários aspectos fundamentais, tais como: primeiro, a separação entre os níveis de energia Δ E = γ I h B 0 {\displaystyle \scriptstyle \Delta E=\gamma IhB_{0}} é um resultado da interação do momento magnético μ → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {\mu }}} de um núcleo atômico com um campo magnético B 0 → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {B_{0}}}} aplicado; segundo, a interação é com a componente magnética da radiação eletromagnética em vez da componente elétrica. Sendo que o efeito de RMN ocorre para núcleos que possuem momentos magnéticos e angulares μ → {\displaystyle {\vec {\mu }}} e J → {\displaystyle {\vec {J}}} , respectivamente. Os núcleos apresentam momentos magnéticos e angulares paralelos entre si, respeitando a expressão μ → = γ J → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {\mu }}=\gamma {\vec {J}}} onde γ {\displaystyle \scriptstyle \gamma } o fator giromagnético.

A interação de um spin nuclear com um campo magnético resulta em 2I + 1 níveis de energia com espaçamentos iguais de unidade ℏ {\displaystyle \hbar } . Entretanto, várias interações podem deslocar a frequência da transição ou desdobrar uma transição em vários picos. Em consequência da complexidade de suas estruturas moleculares ou por causa da pequena diferença entre unidades isoméricas, a investigação da moléculas e macromoléculas no estado sólido requer boa resolução espectral. Os deslocamentos químicos no espectro de RMN são muito sensíveis à estrutura e conformação da molécula, às interações intermoleculares, à troca química, mudanças de conformação e os tempos de relaxação são sensíveis à dinâmica molecular. Por estes motivos, ressonância magnética nuclear do estado sólido é uma espectroscopia muito útil ao estudo de polímeros.

A dinâmica molecular apresenta importantes efeitos nas propriedades mecânicas e físico-químicas de moléculas, tais como no comportamento de materiais amorfos, condução em polímeros, na contribuição da classificação de alimentos naturais, na classificação de resinas, na caracterização de amidos, etc. Os processos de relaxação da magnetização são causados devido ao movimento molecular, e as taxas de relaxação medidas podem ser relacionadas com o tempo τc . A medida da taxa de relaxação provê informações sobre a dinâmica molecular em vários regimes de frequência, onde pode-se medir os tempos de relaxação T1,T2 e T1ρ, e com isso, consegue-se estudar diferentes movimentos que ocorrem com uma distribuição de frequências. Em RMN podemos classificar o estudo da dinâmica do estado sólido em três etapas: rápida, de correlação característico do movimento, intermediária e lenta. Movimentos rápidos, com frequências da ordem de MHz, podem ser detectados por meio de experimentos de relaxação spin-rede (T1).