Princípios Físicos em Ressonância Magnética

Princípios Físicos da Ressonância Magnética
Alessandro A. Mazzola1,2
Introdução A Ressonância Magnética (RM) é hoje um método de diagnóstico por imagem,
estabelecido na prática clínica, e em crescente desenvolvimento. Dada a alta
capacidade de diferenciar tecidos e coletar informações bioquímicas, o espectro de
aplicações se estende a todas as partes do corpo humano e explora aspectos
anatômicos e funcionais.
A física da Ressonância Magnética Nuclear (RMN) aplicada à formação de imagens
é complexa e abrangente, uma vez que tópicos como eletromagnetismo,
supercondutividade e processamento de sinais têm de ser abordados em conjunto
para o entendimento deste método. Esta revisão tem por objetivo explorar de forma
introdutória e simplificada a física da imagem por ressonância magnética e
demonstrar equipamentos, mecanismos e aplicações da RM, servindo como texto de
apoio para o aprofundamento do assunto.
Física da RMN A imagem por ressonância Magnética (IRM) é, resumidamente, o resultado da
interação do forte campo magnético produzido pelo equipamento com os prótons de
hidrogênio do tecido humano, criando uma condição para que possamos enviar um
pulso de radiofrequência e, após, coletar a radiofrequência modificada, através de
uma bobina ou antena receptora. Este sinal codificado espacialmente por gradientes
1
2
PhyMED – Consultores em Física Médica e Radioproteção – Av. Osvaldo Aranha, 1180/303 – Porto Alegre, RS/Brasil
Unidade de Diagnóstico por Imagem - Hospital Moinhos de Vento – Rua Ramiro Barcelos, 910 - Porto Alegre, RS/Brasil
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1
de campo magnético é coletado, processado e convertido numa imagem ou
informação.
Apesar do fenômeno físico da Ressonância Magnética Nuclear ter sido descrito em
1946 por Block e Purcell em artigos independentes da Physics Review [1,0], as
primeiras imagens do corpo humano só foram possíveis cerca de trinta anos após,
com os trabalhos de diversos cientistas no mundo todo, mas especialmente de Paul
Lauterbur e Sir Peter Mansfield. Este intervalo de tempo demonstra a complexidade
deste método e a necessidade de tecnologias aparentemente tão distintas tais como
os supercondutores e o processamento de sinais serem usados para formar a
imagem. Em nenhum outro método de imagem, os conceitos físicos estão tão
atrelados à rotina de realização de exames e operação do equipamento que em RM.
Desta forma, a necessidade de entender os conceitos é primordial para a execução
com qualidade dos exames e o benefício que este trará para o diagnóstico de
importantes patologias.
RMN
As propriedades de ressonância magnética tem origem na interação entre um átomo
em um campo magnético externo. De forma mais precisa, é um fenômeno em que
partículas, contendo momento angular e momento magnético, exibem um
movimento de precessão quando estão sob ação de um campo magnético. Os
principais átomos que compõem o tecido humano são: hidrogênio, oxigênio,
carbono, fósforo, cálcio, flúor, sódio, potássio e nitrogênio. Estes átomos, exceto o
hidrogênio (1H), possuem no núcleo atômico prótons e nêutrons.
2
Figura 1. Átomo de hidrogênio. O núcleo é composto somente pelo próton.
Apesar de outros núcleos possuírem propriedades que permitem que sejam
utilizados para imagem por ressonância magnética, o hidrogênio é o escolhido por
três motivos básicos:
1) É o mais abundante no corpo humano: cerca de 10% do peso corporal se deve
ao hidrogênio [0];
2) As características de RMN se diferem bastante entre o hidrogênio presente no
tecido normal e no tecido patológico;
3) O próton do hidrogênio possui o maior momento magnético e, portanto, a maior
sensibilidade a RMN, como veremos a seguir;
Spin e o Momento Magnético
O átomo de hidrogênio, o mais simples da tabela periódica, possui como núcleo o
próton. Os prótons são partículas carregadas positivamente e que possuem uma
propriedade chamada de spin ou momento angular. Como o objetivo é ter uma visão
simplificada e introdutória da física relacionada a IRM, vamos admitir que o spin
represente o movimento de giro do próton em torno de seu próprio eixo, da mesma
forma que um pequeno pião. Para o próton de hidrogênio, o spin (I) pode ser +1/2
ou -1/2, o que na nossa analogia clássica pode representar o prótons girando para
um lado ou para o outro.
3
Juntamente com o spin o próton de hidrogênio possui outra propriedade chamada de
momento magnético, que faz com que o mesmo se comporte como um pequeno imã
ou um pequeno magneto. Esta analogia é valida se visualizarmos o próton como
uma pequena esfera carregada (carga positiva) e girando em torno de seu próprio
eixo (spin). Como para toda partícula carregada em movimento acelerado surge um
campo magnético associado, o próton de hidrogênio se comporta como um pequeno
magneto, ou um dipolo magnético. Podemos utilizar um vetor para descrever cada
dipolo magnético, ou cada próton, como mostra a Figura 1.
Figura 2. O próton de hidrogênio pode ser visto como uma pequena esfera (1) que possui um
movimento de giro (spin) em torno do seu próprio eixo (2). Por ser uma partícula carregada
positivamente (3) irá gerar um campo magnético próprio ao seu redor (4) se comportando
como um pequeno dipolo magnético (4) ou como um imã (5) com um momento magnético (µ)
associado.
E o que acontece quando um próton de hidrogênio ou um conjunto de prótons de
hidrogênio é colocado sob ação de um campo magnético externo? Ou seja, o que
ocorre com os prótons do corpo do paciente quando o mesmo é posicionado dentro
do magneto? Para responder a esta pergunta é importante entendermos que na
temperatura média de 36,5ºC do corpo humano e sob ação do fraco campo
magnético terrestre de 0,3 Gauss (ou 3x10-5 tesla, uma vez que o fator de conversão
é de 1T = 10.000 G)
os momentos magnéticos não possuem uma orientação
espacial definida, se distribuindo de forma randômica. Esta distribuição aleatória faz
com que a magnetização resultante de um volume de tecido seja igual a zero.
Quando o paciente é posicionado no interior do magneto e fica sob ação de um
campo magnético de, por exemplo, 1,5 T, os prótons de hidrogênio irão se orientar
de acordo com a direção do campo aplicado, como se fossem pequenas bússolas,
porém, ao contrário das bússolas que apontariam seu norte marcado na agulha para
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o sul Magnético, os prótons de hidrogênio apontam paralelamente ao campo e
antiparalelamente. As duas orientações representam dois níveis de energia que o
próton pode ocupar: o nível de baixa energia (alinhamento paralelo) e o nível de
maior energia (alinhamento antiparalelo), como mostra a Figura 2. No modelo
quântico um dipolo nuclear somente pode ter 2I+1 orientações com o campo,
correspondendo a 2I+1 níveis de energia. O próton de hidrogênio (I=1/2) possuem
duas possíveis orientações, que correspondem aos níveis de baixa e alta energia.
Figura 3. Prótons de hidrogênio sob a ação do campo magnético externo aplicado. Os prótons
se distribuem em dois níveis de energia, sendo que um pequeno número maior de prótons se
alinha paralelamente.
A distribuição dos spins nos dois níveis é regida pela distribuição de Boltzmann:
E
−
NP
= e kT
N AP
(1)
Em que NP é o número de spins alinhados paralelamente, NAP é o número de spins
€
alinhados antiparalelamente, k é a constante de Boltzmann (k=1,3805x10-23
joules/kelvin) e T é a temperatura absoluta em kelvin. Para um campo de magnético
de 1,5 T e na temperatura média do tecido humano, a diferença entre os spins que
ocupam o estado de menor energia e o de maior energia é de aproximadamente 5
para 1 milhão. Do ponto de vista prático é somente com estes 5 spins resultantes
com que poderemos trabalhar para produzir sinal detectável na bobina.
5
Movimento de Precessão e Equação de Larmor
Na tentativa de alinhamento com o campo e por possuir o movimento de giro (spin),
surge um segundo movimento chamado de precessão. A analogia com um pião de
brinquedo sob a ação do campo gravitacional é valida para entendermos este
movimento.
Sob a ação de um campo magnético, os prótons de hidrogênio irão precessar a uma
frequência ω determinada pela equação de Larmor:
ω = γ B0
€
(2)
Onde γ é a razão giromagnética e B0 é o valor do campo magnético externo
aplicado. Para o hidrogênio, a razão giromagnética é de 42,58 MHz/T. Portanto, se
considerarmos uma campo de 1,5T, a frequência de precessão será de 63,87 MHz.
Uma regra importante a ser sempre lembrada é qualquer alteração no valor do
campo magnético irá alterar a frequência de precessão.
Magnetização do Tecido
Como nas imagens a menor unidade será o voxel, e este é da ordem de 1,0 mm3 ou
mais, é o efeito combinado dos prótons de hidrogênio que irá nos interessar. A
magnetização resultante em cada voxel é o resultado da soma vetorial de todos os
spins que resultaram do cancelamento mútuo. No equilíbrio, a magnetização
resultante possui somente a componente horizontal (ao longo de B0). É fundamental
que neste momento façamos a localização espacial do vetor magnetização.
Coordenadas no Espaço (x,y e z): Eixo Longitudinal e Plano Transversal
A Figura 4 mostra os eixos de coordenadas (x, y e z) e o vetor que representa o
momento magnético de um próton de hidrogênio realizando o movimento de
precessão em torno do eixo z, assim como as mesmas coordenadas num típico
magneto supercondutor. O eixo z, ou longitudinal, representa a direção de aplicação
do campo magnético principal (B0). O plano xy é chamado de plano transversal.
6
Figura 4. Eixos de coordenadas usados em IRM e o vetor momento magnético (µ) associado
ao próton de hidrogênio.
Utilizando o mesmo sistema de coordenadas, podemos imaginar um elemento de
volume de tecido (voxel) contendo 11 spins, como mostra a Figura 5. Os spins irão
se alinhar paralelamente (7 spins) e antiparalelamente (4 spins). Realizando o
cancelamento mútuo do vetor momento magnético dos que estão para cima com os
que estão para baixo (7-4 = 3 spins), uma componente de magnetização resultante
M0 irá surgir alinhada ao eixo longitudinal.
Figura 5. Direita: spins alinhados paralelamente e antiparalelamente ao campo magnético
externo aplicado (eixo z) realizando movimento de precessão. Vetor magnetização resultante
(M0) de um elemento de volume do tecido.
Apesar de todos os momentos magnéticos individuais precessarem em torno de B0 a
uma frequência angular igual a ω, não existe coerência de fase entre eles e,
portanto, não irá existir componente de magnetização no plano transversal. Uma
bobina posicionada de forma perpendicular ao plano transversal não irá detectar
nenhum sinal, pois não ocorrerá alteração no fluxo magnético.
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Aplicação do Campo de Radiofrequência (B1)
Para que uma corrente elétrica seja induzida em uma bobina posicionada de forma
perpendicular ao plano transversal é necessário que o vetor magnetização como um
todo, ou parte dele, esteja no plano transversal e que possua coerência de fase. Se
todos os momentos magnéticos individuais forem desviados em 90º para o plano
transversal e todos estiverem precessando na mesma posição (mesma fase),
teremos o máximo de sinal induzido nesta bobina. Para reorientar o vetor
magnetização, um segundo campo magnético de curta duração (pulso) tem que ser
aplicado. Este campo B1 (pulso de radiofrequência) deve ser perpendicular a B0 e
deve estar em fase com a frequência de precessão.
O efeito no vetor M é o de afastá-lo, por um dado ângulo de desvio (α), do
alinhamento com o B0. Um dos pulsos de RF mais utilizados é o que irá resultar em
um ângulo de desvio de 90º, transferindo assim todo o vetor M para o plano
transversal.
Pulsos de 180º também são utilizados e são chamados de pulsos de inversão
(Figura 6).
A emissão deste pulso de RF é normalmente feito pela chamada bobina de corpo e
a detecção do sinal é feita por uma bobina local, como a bobina de crânio.
Figura 6. Pulsos de RF e sua nomenclatura. O pulso de 90º é chamado de pulso de excitação, o
de 180º de pulso de inversão e o pulso α pode assumir qualquer valor.
Em resumo, a aplicação do pulso de RF causa dois efeitos:
-
Transfere energia para o vetor magnetização, desviando-o do alinhamento ou
quando for de 90º, jogando-o para o plano transversal;
8
-
Faz com que os núcleos precessem, momentaneamente em fase no plano
transversal
Sinal de Indução Livre (SIL)
Com aplicação de um pulso de RF de 90º, por exemplo, a magnetização é jogada no
plano transversal e passa a induzir uma tensão elétrica na bobina de frequência ω
(sinal de RMN). Quando encerra a aplicação do pulso de RF, o sinal gradualmente
decai como resultado do processo de relaxação ou de retorno do vetor
magnetização para o equilíbrio, ou seja, para o alinhamento com o campo B0. O
formato do sinal induzido (ou sinal de indução livre – SIL) é o de uma onda sendo
amortecida, como mostra a Figura 7.
Figura 7. Sinal de Indução Livre (SIL) gerado pelo retorno da magnetização para o alinhamento
após a aplicação de um pulso de RF de 90º.
Processos de Relaxação: Longitudinal e Transversal
A relaxação dos spins que gera o sinal de indução livre (SIL) é causada pelas trocas
de energia entre spins e entre spins e sua vizinhança (rede). Estas interações são
chamadas de relaxação spin-spin e spin-rede e juntas fazem com que o vetor M
retorne ao seu estado de equilíbrio (paralelo a B0). Duas constantes de tempo foram
criadas para caracterizar cada um destes processos: T1 e T2. A constante T1 está
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relacionada ao tempo de retorno da magnetização para o eixo longitudinal e é
influenciada pela interação dos spins com a rede. A constante T2 faz referência a
redução da magnetização no plano transversal e é influenciada pela interação spinspin (dipolo-dipolo).
Figura 8. Retorno do vetor magnetização ao equilíbrio após a aplicação de um pulso de RF de
90º.
A Figura 8 mostra, passo-a-passo, o retorno do vetor magnetização ao equilíbrio
após a aplicação de um pulso de RF de 90º. Em amarelo são mostrados os
momentos magnéticos individuais. É possível perceber que estes vão se defasando
e com isso ocorre uma redução rápida na componente de magnetização ainda
presente no plano transversal.
Retorno da Magnetização Longitudinal – T1
A equação que descreve o retorno da magnetização para o eixo longitudinal,
mostrada no gráfico da Figura 9 é:
M z = M L = M 0 ⋅ (1− e
−
t
T1
)
(3)
€
10
Figura 9. Retorno da magnetização longitudinal (Mz) ao alinhamento. O tempo T1 caracteriza
este retorno.
O tempo necessário para a magnetização longitudinal recuperar 63% do seu valor
inicial é chamado de tempo 1 ou simplesmente T1.
Decaimento da Magnetização Transversal – Tempo T2
A equação que descreve o decaimento da magnetização no plano transversal, como
mostra no gráfico da Figura 10 é:
M xy = MT = M 0 ⋅ e
−
t
T2
(4)
€
Figura 10. Decaimento da magnetização transversal.
O tempo necessário que a magnetização no plano transversal atinja 37% do seu
valor inicial é chamado de T2.
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Constante de Tempo T2 versus T2*
Variações locais do campo magnético principal (B0) causam defasagem dos
momentos magnéticos, aumentando ainda mais a relaxação no plano transversal e
acelerando o decaimento do sinal de indução livre. É conveniente definir outra
constante de tempo, chamada T2* (T2 estrela):
1
1
1
=
+
T2 * T2 T2 inomog.
(5)
Onde, T2inomog. descreve o decaimento adicional no sinal devido à inomogeneidade
€
do campo.
Estas inomogeneidades podem ter origem nas próprias diferenças de composição
dos tecidos do corpo, como também em imperfeições na fabricação e ajustes do
magneto. A ressonância magnética funcional irá explorar as alterações no tempo
T2*, como veremos mais adiante. A Tabela 1 apresenta tempos de relaxação T1 e
T2 para diversos tecidos à 1,5T [0]. Os valores devem servir apenas como
referência, pois uma medida quantitativa dos tempos de relaxação pode resultar em
valores bastante diferentes. É possível perceber que estas diferenças nos tempos de
relaxação poderão ser usadas para gerar contraste entre os tecidos nas imagens
(Figura 11) e que esta é uma vantagem da RM sobre os demais métodos de
diagnóstico.
Tabela 1. Tempos de relaxação T1 e T2 aproximados para diversos tecidos do corpo humano a
1,5T.
Tecido
T1 (ms)
T2 (ms)
Substância Branca
790
90
Substância Cinzenta
920
100
Líquido Cefalorraquidiano (Líquor)
4000
2000
Sangue (Arterial)
1200
50
Parênquima Hepático
490
40
Miocárdio
870
60
Músculo
870
50
Lipídios (Gordura)
250
80
12
Figura 11. Imagem turbo spin eco ponderada em T2, mostrando na imagem ampliada a
resolução de contraste obtida devido às diferenças nos tempos T2 entre os tecidos
envolvidos.
Ecos de Spins ou Spin Eco
Até aqui tratamos do fenômeno da ressonância magnética nuclear e da observação
do SIL, assim como entendemos que existem constantes de relaxação (T1 e T2) que
possibilitam diferenciar tecidos. Um aspecto fundamental para a coleta do sinal que
irá gerar a imagem de ressonância magnética é o fenômeno de formação de ecos.
Este fenômeno foi observado e descrito por Hahn[5] em 1950 e é a base para
estudarmos sequências de pulso.
Hahn descreveu que, se excitarmos os prótons com um pulso de RF inicial e, após
um determinado tempo t enviarmos um segundo pulso, observaremos que, além do
surgimento de sinal na bobina após o primeiro pulso (SIL), também haverá o
surgimento de um segundo sinal. Este segundo sinal é um eco do primeiro e
aparece na bobina num tempo igual a 2t. É importante ressaltarmos que o
surgimento do eco é um processo natural e ocorre devido à refasagem dos momento
magnéticos induzida pelo segundo pulso de RF. Podemos controlar o momento em
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que o eco irá surgir através dos tempos e de aplicação dos pulsos, porém a
defasagem e refasagem serão dependentes dos tipos de tecido em questão. Mais
tarde abordaremos a sequência de pulso gradiente eco, na qual poderemos
manipular também a defasagem e a refasagem.
Sequências de Pulso Spin Eco ou Eco de Spins
A sequência de pulso Spin Eco se caracteriza pela aplicação de um pulso inicial de
RF de 90º, seguido de um pulso de RF de 180º. Como já descrito anteriormente, o
intervalo de tempo t entre a aplicação destes dois pulsos irá determinar o surgimento
do eco em 2t. Chamaremos de tempo de eco (TE) o intervalo de tempo entre a
aplicação do pulso inicial de RF de 90º e o pico do eco (Figura 12).
Figura 12. Sequência de Pulso Spin Eco. Pulso de 90º e aplicação no tempo (TE/2) do pulso de
RF de 180º.O tempo entre sucessivos pulsos de RF de 90º é chamado de TR, ou tempo de
repetição.
Enquanto o TE determina o quanto de relaxação no plano longitudinal estará
presente no eco, o TR estabelece o quanto de magnetização longitudinal se
recuperou entre sucessivos pulsos de 90º. O pulso de RF de 180º permite formar o
eco, pois irá refasar os spins, gerando assim novamente sinal na bobina (eco).
Formação da Imagem Codificação do Sinal
A RMN só pôde se tornar útil como método de obtenção de imagens do corpo
humano com o desenvolvimento da codificação espacial do sinal através do uso de
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gradientes de campo magnético. Em 1973, Paul Lauterbur [6] propôs o uso de
gradientes de campo magnético, permitindo assim a codificação espacial do sinal.
Lauterbur mostrou que, adicionando gradientes de campos magnéticos lineares e
obtendo uma série de projeções da distribuição de sinal, ele poderia reconstruir uma
imagem através da mesma retroprojeção filtrada usada por Hounsfield para
obtenção de imagens de tomografia computadorizada por raios-X [0]. O método foi
aprimorado por muito outros pesquisadores, incluindo Peter Mansfield, o qual propôs
também a sequência de pulso eco planar (EPI) que será tratada mais adiante [8].
Gradientes de Campo Magnético
Até aqui consideramos que o campo magnético produzido pelo magneto possuí um
valor único e uniforme. Desta forma, se todo um volume de tecido, como o cérebro,
for posicionado neste campo e um pulso de RF for enviado com valor de frequência
exatamente igual a frequência de precessão dos prótons de hidrogênio, todo o
volume será excitado. Os prótons de hidrogênio do volume como um todo receberão
energia do pulso de RF e retornarão sinal para a bobina. Este sinal contém
informação de todo o tecido cerebral, mas não possibilita que saibamos de que parte
do cérebro ele provem.
Como o objetivo é mapear uma imagem bidimensional (2D), é preciso estabelecer
um método que possibilite a seleção de um corte do corpo e, dentro deste corte,
possamos ter uma matriz de pontos organizada em linhas e colunas. Para cada
elemento desta matriz (pixel) deve ser obtido o valor de intensidade de sinal, para
que através de uma escala de tons de cinza ou cores possamos visualizar a imagem
final.
Com a introdução dos chamados gradientes de campo magnético, poderemos variar
linearmente, em uma dada direção, a intensidade do campo magnético, como
mostra a equação abaixo:
Bz (z) = B0 + z.Gz
(6)
€
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Em que Gz é a intensidade do gradiente aplicado (mT/m) na direção z e Bz(z) será o
novo valor de campo magnético numa dada posição z. O novo campo criado
localmente com o acionamento do gradiente irá fazer com que a frequência de
precessão mude, ou seja, cada posição do tecido na direção de aplicação do
gradiente precessa em uma frequência diferente. A Figura 13 exemplifica o
acionamento do gradiente.
A frequência poderá ser usada agora para localizar
espacialmente o sinal.
Figura 13. Efeito de aplicação de um gradiente de campo magnético na direção do eixo z com
amplitude de 45 mT/m. As alterações na frequência de precessão dentro do volume de
interesse se modificam de acordo com a posição ao longo do eixo z.
O acionamento de um gradiente de campo também altera a fase dos spins. Esta
alteração é proporcional ao tempo em que o gradiente fica ligado e amplitude do
gradiente. Juntas, fase e frequência poderão fornecer informações espaciais do
sinal, como veremos a seguir.
Seleção de Corte, Codificação de Fase e Codificação de Frequência
São necessárias três etapas para a codificação do sinal de forma a obter uma
imagem de RM: seleção de corte, codificação de fase e codificação de frequência.
Cada etapa representa o acionamento de gradientes em uma dada direção. Se o
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gradiente de seleção de corte for acionado na direção z, cada posição ao longo do
eixo da mesa irá precessar com uma valor diferente de frequência. Se este gradiente
permanecer ligado, podemos enviar um pulso de RF com frequência central de
precessão igual a da região que queremos excitar. Dividimos assim o paciente em
cortes axiais. Os outros dois gradientes (codificação de fase e frequência) serão
acionados nos eixos que restaram (x e y ou y e x).
Quando o gradiente de codificação de fase é acionado alteramos a fase dos spins
de forma proporcional a sua localização. Assim, um dos eixos do corte fica mapeado
com a fase. É necessário acionar n vezes o gradiente de codificação de fase. Cada
vez que é acionado, altera-se a amplitude do gradiente.
No momento da leitura do sinal o gradiente de codificação de frequência é acionado
na direção restante. Desta forma, o segundo eixo do corte ficará mapeado em
frequência. O gradiente de codificação de frequência também é chamado de
gradiente de leitura.
Podemos agora adicionar ao nosso esquema da sequência de pulso, as etapas de
codificação do sinal, como mostra a Figura 14.
Figura 14. Diagrama simplificado da sequência de pulso Spin Eco mostrando o acionamento
dos gradientes de seleção de corte (GSC), codificação de fase (GCF) e codificação de
frequência ou de leitura (GL). Sempre que um pulso de RF é transmitido (RFt) ocorre o
acionamento de um gradiente de seleção de corte.
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Domínio do Tempo VS Domínio de Frequências – Fourier
O sinal coletado de cada corte está mapeado em fase e frequência. Ou seja, um
sinal que varia no tempo, contendo diversas fases e diversas frequências carrega
informação sobre todo o tecido contido no corte. Por volta de 1807, o matemático
francês Jean Baptiste Joseph Fourier, desenvolveu ferramentas analíticas para
decompor uma função contínua em suas componentes oscilatórias e amplitudes,
este processo é hoje conhecido como transformada de Fourier. Uma versão desta
metodologia é usada atualmente para determinar as amplitudes e frequências (e,
portanto, as posições) encontradas no sinal de RM (eco) coletado pelas bobinas.
Somente depois de coletar 64, 128, 256 ou mais ecos e armazená-los no chamado
espaço K é que aplicaremos a transformada de fourier (TF) para passar do domínio
do tempo para o domínio de frequências, obtendo a imagem de RM. Uma descrição
completa deste processo é apresentada por autores como Bracewell [0] e
Gallagher[0]. Abordaremos a seguir o conceito de espaço K de forma mais simples e
sua importância prática.
Espaço k O espaço k não é um local físico no equipamento de RM. É um conceito abstrato
que auxilia no entendimento de sequências de pulso modernas e metodologias de
aquisição. É útil visualizarmos o espaço k como uma matriz. Cada linha desta matriz
será preenchida com um eco coletado na sequencia de pulso. Podemos visualizar o
espaço k na forma de uma matriz de tons de cinza. Cada ponto nesta matriz
corresponde a uma intensidade de sinal (tom de cinza) e a uma posição no tempo e
representa a amplitude do sinal recebido pela bobina naquele dado instante. Os
eixos de coordenadas (x e y ou ky e kx) deste espaço são, respectivamente, o
gradiente de codificação de frequência e o gradiente de codificação de fase, como
mostra a Figura 15.
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Figura 15. Espaço K e a imagem de RM correspondente após a aplicação da transformada de
fourier bidimensional (TF 2D).
O preenchimento linha-a-linha do espaço k irá ocorrer na medida em que o gradiente
de codificação de fase na sequência de pulso variar sua amplitude. O número de
codificações de fase pode, por exemplo, ser de 256, o que resulta no acionamento
de 256 amplitudes diferentes para o gradiente de codificação de fase. Esta
amplitude pode iniciar com o uso de um gradiente negativo com máxima amplitude,
reduzindo gradativamente sua amplitude até zero e, a partir daí, acionando um
gradiente positivo até atingir novamente a amplitude máxima, mas na direção
contrária. Cada linha do espaço k será preenchida com um eco que foi codificado
por uma amplitude diferente do gradiente de fase.
Uma característica importante do preenchimento do espaço k, descrito acima, é que
os extremos do espaço k serão preenchidos com sinal de baixa amplitude, pois o
próprio acionamento do gradiente causa maior defasagem e redução do sinal. Já as
linhas centrais do espaço k conterão sinal de maior amplitude, o que na imagem de
RM resultará em contraste (preto e branco).
Características do Espaço k
Algumas características do espaço k são importantes para entendermos melhor a
imagem resultante.
1) Não existe correspondência entre um ponto do espaço k e um ponto da
imagem de RM. Em cada ponto do espaço k existe informação de todo o
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corte. Se por exemplo um pequeno artefato de entrada de RF na sala de
exames ocorrer em um dado instante durante a sequência de pulso, a
presença deste artefato bem localizado no tempo poderá gerar um artefato
que se propagará para toda a imagem de RM;
2) Quanto maior o número de linhas do espaço k, maior é a quantidade de sinal
coletado, porém maior é o tempo necessário. Se em uma sequência de pulso
Spin Eco cada linha do espaço k é preenchida a cada tempo de repetição
(TR), o tempo total para adquirir uma ou mais imagens será diretamente
proporcional ao número de linhas do espaço k;
3) As linhas centrais do espaço k estão diretamente relacionadas ao contraste
na imagem de RM e a periferia à resolução espacial;
4) Uma imagem de RM pode ser formada por mais que um espaço k. A escolha
do número de espaços k que irão ser utilizados para gerar uma imagem é um
parâmetro controlado pelo operador e costuma ser chamado de número de
aquisições ou número de excitações (NEX). Passar de um para dois espaços
k faz com que o tempo total de aquisição dobre, com o benefício de melhorar
em cerca de 40% a relação sinal-ruído na imagem.
Formas de preenchimento
Cada sequência de pulso pode se utilizar de uma estratégia para o preenchimento
do espaço k [0,0]. A Figura 16 mostra um esquema representativo de algumas
destas formas.
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Figura 16. Esquema representativo das formas de preenchimento do espaço k. A diferença
entre a forma cartesiana (a) e a cêntrica (c) é que ao invés de iniciar o preenchimento por um
dos extremos do espaço k o método cêntrico inicia pela parte central.
O preenchimento de um espaço k completo para formar uma imagem, significa como
parâmetro de aquisição que usamos 1 NEX (NEX = Número de Excitações). Para
algumas aquisições é importante adquirir mais de um espaço k para formar uma
imagem, ou seja, deve ser alterado o parâmetro de NEX de 1 para 2, 3 ou mais. A
mudança de NEX=1 para NEX=2 implica em um tempo de aquisição duas vezes
maior. Por outro lado, o aumento na relação entre o sinal e o ruído (chamada Razão
Sinal-Ruído ou RSR) se dará pela raiz quadrada do aumento ou, os seja, neste caso
√2 ou 1,41. Assim, uma mudança de NEX=1 para NEX=2 (dobro) irá resultar no
dobro de tempo e 40% mais RSR.
Sequências de Pulso Duas grandes famílias de sequências de pulso são usadas para formar imagens de
RM: Spin Eco (SE) e Gradiente Eco (GRE). A partir destas duas famílias se originam
uma diversidade de sequências de pulso que serão criadas, modificadas e
aperfeiçoadas para atender necessidades específicas de cada região do corpo e
21
patologia. A Figura 17 apresenta um exemplo das sequencias de pulso e imagens
usadas para o exame do encéfalo.
Figura 17. Exemplo de sequências de pulso e tipos de imagens e ponderações obtidas na
rotina de neurorradiologia.
Spin Eco (SE) ou Ecos de Spin
A sequência de pulso Spin Eco (SE) ou Eco de Spin se caracteriza pela aplicação de
um pulso inicial de RF de 90º, seguido de um pulso de RF de 180º e a coleta de um
eco (Figura 14). Uma linha do espaço K é preenchida a cada tempo de repetição
(TR). A ponderação na imagem é controlada pelo TR e pelo TE. Os tempos típicos
de TR e TE, assim como, sua respectiva ponderação na imagem são apresentados
no quadro abaixo da Figura 18.
22
Tempo de Repetição (TR)
Tempo de Eco (TE)
Ponderação
TR Curto (< 500 ms)
TE Curto (5 a 25 ms)
T1
TR Longo (> 1500 ms)
TE Longo (> 90 ms)
T2
TR Longo (> 1500 ms)
TE Curto (5 a 25 ms)
DP
Figura 18. Quadro da ponderação da imagem em sequências SE.
As escolhas do TR e do TE pelo operador do equipamento determina o adequado
contraste na imagem. Uma alteração incorreta poderá resultar na perda das
diferenças que existem entre os tecidos (exemplo, entre a substância branca e a
substância cinzenta cerebral) ou mesmo ocultar lesões.
Figura 19. Imagem SE ponderada em T1 onde foi utilizado TR curto (500 ms) e TE curso (9 ms).
A Figura 20 exemplifica o aspecto na imagem para a combinação de alguns valores
de TR e TE.
23
Figura 20. Imagens Spin Eco (SE) adquiridas com várias combinações de TR e TE para
exemplificar as ponderações na imagem (T1 e T2) assim como imagens que não servem para o
diagnóstico.
Spin Eco Multieco
Uma variação da SE convencional é a multieco, onde, dentro de um mesmo TR, são
selecionados dois tempos de eco diferentes. O primeiro TE é curto e o segundo TE é
longo. Após cada um dos pulsos de RF de 180º serem aplicados, surgirá um eco.
Cada eco, em cada TE, é armazenado em um espaço k diferente. As imagens de
RM resultantes de cada um destes espaços k terão uma ponderação diferente. Está
técnica é usada para obtermos, dentro do mesmo TR, uma imagem ponderada em
T2 e uma imagem ponderada na densidade de prótons (DP).
24
Figura 21. Imagem ponderada em T2 e DP obtida com sequência de pulso SE Multieco.
Tempo de Aquisição
O tempo de aquisição de uma imagem de RM pode ser calculado pela seguinte
fórmula:
TempoIm agem = TR ⋅ NCF ⋅ NEX
€
(7)
Em que, TR é o tempo de repetição (em segundos), NCF é o número de
codificações de fase e NEX é o número de excitações ou número de espaços k
coletados. Considerando os parâmetros de uma típica aquisição ponderada em T1
(TR = 500ms, 256 codificações de fase e NEX = 1), o tempo de aquisição será de
128 segundos ou cerca de 2 minutos. Já para uma aquisição ponderada em T2 com
TR igual a 2500ms, 256 codificações de fase e NEX igual a 1, o tempo total de
aquisição passa a ser de 640 segundos ou quase 11 minutos. Desta forma, para
obtermos ponderação T2 em tempo adequados, ou mesmo para aquisições mais
rápidas com ponderação T1, foi desenvolvida no meio da década de 80 a sequência
de pulso RARE[11] (do inglês, Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement) que
se popularizou como Turbo Spin Eco (TSE), Fast Spin Eco (FSE) ou Spin Eco
Rápida.
25
Turbo ou Fast Spin Eco (TSE ou FSE) ou Spin Eco Rápida
A sequência de pulso turbo spin eco (TSE) utiliza múltiplos pulsos de RF de 180º,
combinados a múltiplas codificações de fase, dentro de um mesmo TR. Desta forma
um trem de ecos pode ser gerado. Cada eco irá preencher uma linha diferente do
espaço k, reduzindo assim o tempo total de aquisição. O número de pulso de RF de
180º a ser empregado é chamado de fator turbo ou tamanho do trem de ecos. A
redução no tempo total de aquisição é proporcional ao fator turbo, como mostra a
equação abaixo:
TempoIm agem =
TR ⋅ NCF ⋅ NEX
Fator Turbo
(8)
Seria excelente que pudéssemos usar um fator turbo tão alto a ponto de reduzir
€
qualquer aquisição a não mais que alguns segundos. O eco coletado a cada pulso
de 180º diminui em amplitude de acordo com o tempo T2 do tecido, ou seja, cada
sinal coletado vai ficando menor a medida que aplicamos mais pulsos de
refocalização, até o ponto que estaremos coletando um sinal comparável ao ruído.
Outra observação sobre as sequências de pulso TSE é o chamado TE efetivo (TEef).
Como uma série de ecos serão gerados dentro de um mesmo TR, o conceito de TE
nos remete a conclusão que esta técnica possuirá múltiplos tempos de eco.
Entretanto o TE que irá afetar de forma mais significativa a ponderação na imagem é
o TE responsável pelo eco que fará o preenchimento da linha central do espaço K. A
este TE é dado o nome de TE efetivo (TEef).
A aquisição de uma imagem TSE ponderada em T2 com os mesmos parâmetros do
exemplo usado em spin eco, exceto pelo uso de um fator turbo igual a 4, resultaria
agora em um tempo de aquisição em cerca de 3 minutos, o qual é razoável para a
rotina de exames de um hospital ou clínica.
Spin Eco Rápida em Única Tomada (SSFSE, SSTSE ou HASTE)
É uma sequência de pulso rápida que se caracteriza por preencher parcialmente o
espaço k com ecos produzidos por múltiplos pulsos de 180º aplicados dentro de um
26
único tempo de repetição (1 TR). É necessário adquirir um pouco mais da metade do
espaço k (4/8 + 5%). O restante do espaço k é preenchido com zeros, o que mantém
a resolução espacial, mas reduz o sinal total adquirido. Devido ao elevado número
de pulsos de RF de 180º (128 ou mais), o TE efetivo fica bastante alto e com isso a
imagem resultante é altamente ponderada em T2.
Esta sequência é bastante útil em pacientes não colaborativos e onde o movimento
(especialmente o respiratório) não consegue ser compensado por apneia ou
sincronia
respiratória.
Porém,
é
especialmente
útil
em
exame
de
colangiopancreatografia por RM (Colangio RM). Dada a alta ponderação em T2 e
uso de TE alto, o sinal de tecidos (fígado, pâncreas, gordura, músculo etc)
desaparece e a imagem do líquido nos ductos hepáticos aparece hiperintensa.
Gradiente Eco
As sequências de pulso gradiente eco (GRE) são similares a SE, mas ao invés de
usar um pulso de RF de 180º para refasar os spins, é utilizado um gradiente de
campo magnético, como mostra a Figura 22.
Figura 22. Sequência de Pulso GRE. O pulso de excitação de 90º é substituído por um pulso α
e, ao invés de um pulso de RF de 180º, é utilizado um gradiente codificador de frequência ou
de leitura (GL) para defasar (lobo invertido ou negativo) e após refasar os spins (lobo positivo).
27
O uso de gradientes de campo magnético faz com que ocorram defasagens dos
spins, ou seja, suas posições relativas mudam de acordo com a duração e direção
de aplicação dos gradientes. Se um pulso de gradiente de campo magnético for
aplicado numa direção, ele irá induzir uma quantidade de defasagem nos spins. Se
for aplicado um segundo pulso de gradiente de mesma duração e intensidade, irá
ocorrer uma reversão da defasagem e produzirá um eco que chamados de eco do
gradiente ou Gradiente Eco (GRE). Se os valores de TR, TE e ângulo de desvio do
pulso de excitação forem semelhantes aos utilizados em sequências SE, a
ponderação na imagem e o tempo de aquisição serão também semelhantes.
Entretanto, a GRE é mais sensível a inomogenidades de campo magnético e
apresenta mais artefatos na imagem devido a diferenças de susceptibilidade
magnética.
Uma vez que a defasagem e refasagem dos spins para a produção do eco são
agora controladas por um gradiente de campo magnético, é possível reduzir
brutalmente o TR e o TE, mas se faz necessária uma redução no ângulo de desvio
de forma a obter, entre sucessivos pulsos de excitação, uma quantidade adequada
de magnetização longitudinal. A combinação de baixo ângulo de desvio e curto TR e
TE é a base para a maioria das chamadas sequências de pulso rápidas de RM.
Um aspecto importante diz respeito à permanência de magnetização residual no
plano transversal entre sucessivos pulsos de RF e que pode, ou não, ser eliminada
com a utilização de gradientes ou pulsos de RF destruidores (os chamados spoilers).
Desta forma, uma divisão nos tipos de sequências GRE ocorre com uso de spoilers
ou não. Basicamente, quando utilizamos sequencias GRE que fazem uso de spoilers
a ponderação desejada na imagem é T1.
Uma dificuldade crescente em RM e que se evidencia em sequências GRE é o uso
de nomes comercias por fabricante para descrever uma mesma sequência de pulso,
os chamados acrônimos. A Figura 23 apresenta alguns exemplos de acrônimos de
sequências de pulso nos três principais fabricantes de RM.
28
Sequência de Pulso
GE
Philips
Siemens
Spin Eco Rápida
FSE
TSE
TSE
Spin Eco por Única Tomada
SSFSE
SSTSE
HASTE
Spin Eco Rápida com Restauração da Magnetização
FRFSE
DRIVE
RESTORE
Gradiente Eco
GRE
FE
FID
Gradiente Eco (uso de spoiller ou incoerente)
SPGR
T1-FFE
FLASH
Gradiente Eco (sem uso de spoiller ou coerente)
GRASS
FFE
FISP
Gradiente Eco Balanceado
FIESTA
b-FFE
TrueFISP
Figura 23. Quadro contendo alguns acrônimos de sequências de pulso GRE usados pelos
fabricantes.
Exemplos de Utilização de Sequências de Pulso GRE
As sequências de pulso GRE vêm sendo usadas cada vez mais na prática clínica. A
angiografia por RM utiliza aquisições rápidas GRE tanto para evidenciar o fenômeno
de entrada de spins no corte (Figura 24) e assim produzir um hipersinal do vaso em
relação ao tecido estático saturado por RF (angiografia time-of-flight ou TOF)
quando para capturar todo um volume tridimensional durante a passagem do bolus
de meio de contraste a base de gadolínio (Figura 25) para capturar a circulação
arterial ou venosa de uma dada região do corpo.
Figura 24. Imagem axial de uma angiografia de crânio baseada em Time-of-Flight (TOF) onde é
possível identificar vasos arteriais hiperintensos. Nesta imagem, não foi usado meio de
contraste e o hipersinal é gerado exclusivamente pelo fluxo sanguíneo que penetra no fino
corte adquirido com a sequencia GRE.
29
Figura 25. Imagem 3D com utilização da técnica de projeção de máxima intensidade (MIP) a
partir de 90 cortes axiais como os da figura anterior de uma angiografia de crânio baseada em
Time-of-Flight (TOF). Este tipo de apresentação permite ao radiologista uma identificação de
aneurismas, obstruções e outras anormalidades que podem ocorrer na anatomia vascular.
Sendo as aquisições GRE susceptíveis a alterações locais do campo magnético,
imagens GRE do tecido cerebral auxiliam na identificação de calcificações e
hemorragias (Figura 26).
Figura 26. Imagem axial GRE do tecido cerebral onde é possível visualizar como áreas de
hipossinal (escuras) o sangue hemorrágico.
30
É possível explorar a característica de aquisição rápida das sequências GRE e fazer
uma combinação de velocidade e resolução espacial para obtenção de imagens
durante a infusão de gadolínio para avaliação do tecido mamário. A aquisição 3D
GRE permite obter volumes com resolução milimétrica de todo tecido mamário
a
cada minuto e, assim avaliar a impregnação do meio de contraste no tempo (Figura
27).
Figura 27. Imagem axial T1 com uso de saturação de gordura por RF para detecção de nódulos
mamários. Uma imagem a cada 0,9 mm pode ser adquirida de todo o tecido mamário durante
tempo inferiores a um minuto. Juntamente com a infusão de contraste endovenoso, várias
aquisições ao longo do tempo (6 a 8 minutos) podem ser coletadas para avaliar lesões na
mama.
Não só com o objetivo de reformatar as imagens em outros planos, as aquisições 3D
GRE ponderadas em T1 do tecido cerebral (Figura 28) permitem medir o volume de
estruturas cerebrais como os hipocampos e, assim, obter dados quantitativos que
podem ser usados para correlacionar a condições patológicas específicas, como a
doença de Alzheimer.
31
Figura 28. Reconstrução 3D do encéfalo obtida a partir de uma aquisição 3D T1 FLASH (GRE
com uso de spoiller).
A sequência GRE conhecida como CISS, FIESTA-C ou T2-bFFE (Figura 29) permite
obter imagens 3D com cortes submilimétrico (da ordem de 0,4 mm) em que
demonstra uma imagem com ponderação similar a T2 estruturas tão pequenas como
os canais semicirculares ou o conjunto de pares de nervos cranianos.
Figura 29.Imagem axial CISS com espessura de corte de 0,5 mm da região da orelha e
respectiva reconstrução 3D com uso de técnica de renderização de volume (VRT) para
demonstrar as estruturas da orelha interna..
32
Outra forma de adquirir imagens rápidas em IRM é fazer uso da sequência de pulso
EPI (do inglês, Echo Planar Imaging) que será abordada a seguir.
Imagem Eco Planar (EPI)
Originalmente descrita por Peter Mansfield em 1977 [8] como uma forma teórica de
aquisição extremamente rápida, teve que aguardar melhorias nos sistemas de
gradientes e radiofrequência para se tornar útil clinicamente. Atualmente a aquisição
EPI é capaz de adquirir uma imagem bidimensional (2D) em tempos tão curtos
quanto 20 milisegundos. Desta forma, desempenhou e continua a desempenhar
papel fundamental para o desenvolvimento de aplicações como difusão, perfusão e
ressonância magnética funcional (RMf). A sequência de pulso EPI se difere das
sequências SE e GRE principalmente na forma como os gradientes de codificação
de fase e frequência são aplicados [0]. Um esquema inicial de aplicação de pulsos e
acionamento de gradientes pode estar baseado em SE ou em GRE. A Figura 30
mostra o diagrama de uma sequência de pulso EPI-SE.
Figura 30. Diagrama simplificado de uma sequência de pulso EPI-SE.
Um pulso de excitação de 90º é enviado, seguido de um pulso de refocalização de
180º e, a partir deste ponto, uma série de gradientes bipolares de leitura são
empregados para gerar um trem de ecos. Com a aplicação de gradientes
33
codificadores de fase, cada eco é coletado e armazenado em uma linha do espaço
k. Se todo o espaço k necessário para formar uma imagem for adquirido dentro de
um TR, chamamos a aquisição EPI de “tiro-único”. A forma de preenchimento do
espaço k é bastante particular para a sequência EPI, pois os ecos são armazenados
linha a linha em “zigue-zague”, como mostrou a Figura 14 (d). Da mesma forma que
na TSE, o TEef será determinado pelo eco que preencher o centro do espaço k. A
ponderação das imagens EPI é baseada em T2*, uma vez que a aquisição de todos
os ecos produzidos ocorre dentro do tempo de decaimento induzido livre.
EPI é
bastante susceptível a inomogeneidades de campo.
Sistemas de gradientes rápidos e perfeitos são fatores decisivos para a qualidade
das imagens. O fator turbo está diretamente relacionado ao tempo e a resolução
espacial da imagem. Já o chamado espaçamento entre ecos (ESP) está diretamente
relacionado a qualidade da imagem. Quanto maior o fator turbo, menor o ESP.
Quanto menor o ESP, menores serão os artefatos de distorção na imagem, desvio
químico e perda de sinal.
EPI-SE
A sequência de pulso 2D Spin Eco EPI (EPI-SE) é formada pela aplicação de um
pulso inicial de RF de 90º e um pulso de refocalização com ângulo de desvio de
180º. Os pulsos de 180º irá gerar o eco. Durante a janela de tempo em torno do eco,
os gradientes de codificação EPI de leitura e fase serão acionados para produzir
uma série de ecos de gradiente codificados espacialmente [0]. Os ecos de gradiente
que são amostrados para preencher o espaço k foram gerados por um eco de spin
ao invés de um SIL (FID), como irá ocorrer com a EPI-GRE. Na EPI-SE ocorre uma
redução nos artefatos de susceptibilidade, porém possui sensibilidade reduzida ao
efeito que buscaremos obter para o mapeamento cerebral pela RMf. A sequência
de pulso EPI-SE é utilizada para a obtenção de imagens ponderadas na difusão da
água no tecido cerebral e nas aquisições para o cálculo do tensor de difusão (DTI) .
34
EPI-GRE
A sequência de pulso 2D EPI-GRE tem início com o envio de um pulso de excitação
para a produção do SIL. Enquanto o SIL está ocorrendo, uma série de ecos de
gradiente é produzida usando os gradientes de codificação EPI de leitura e fase. O
pulso de excitação usado é de 90º, pois o TR é suficientemente longo. As imagens
serão fortemente ponderadas em T2*, o que por um lado aumenta o aparecimento
de artefatos de susceptibilidade entre tecidos como osso e ar, porém irá auxiliar no
contraste das imagens de RMf.
Inversão da Recuperação (IR) ou Preparo da Magnetização: FLAIR e STIR
A inversão da recuperação não deve ser tratada como uma sequência de pulso
específica, mas sim como um módulo que pode ser adicionado a frente de qualquer
sequência de pulso. O objetivo deste módulo é o de preparar a magnetização
longitudinal para que se consiga, com o início da sequência de pulso e coleta do
sinal, o contraste desejado na imagem ou a anulação do sinal de um determinado
tecido.
Figura 31. Figura do módulo de IR à frente de uma sequência de pulso.
O objetivo é aplicar um pulso inicial de 180º que irá inverter a magnetização
longitudinal. Após este pulso de inversão, o vetor magnetização dos tecidos irá
retornar ao alinhamento pelo processo de recuperação da magnetização longitudinal
(processo T1).
35
Figura 32. Diagrama da aplicação dos pulsos de RF. O tempo entre a aplicação do pulso de
180º e o pulso de 90º é chamado de tempo de inversão (TI).
Se, no momento em que um determinado tecido estiver cruzando o ponto zero de
magnetização longitudinal (Mz=0), for dado início a uma sequência de pulso Turbo
Spin Eco (TSE), por exemplo, o tecido em questão não terá magnetização
longitudinal (seja componente positiva ou negativa) para participar do restante do
processo de geração do sinal. Ou seja, não existe componente de magnetização ao
longo do eixo z para ser jogada para o plano transversal (plano xy) e gerar sinal na
bobina. Desta forma, o tecido em questão não terá sinal na imagem final. O tempo
entre a aplicação do pulso de inversão (180º) e o início da sequência de pulso
(exemplo, pulso de 90º na sequência TSE) é chamado de Tempo de Inversão (TI) e
controla o quanto de magnetização longitudinal (T1) se recuperou após a aplicação
do pulso de inversão.
Se desejarmos anular o sinal de um tecido específico, como por exemplo a gordura,
devemos fazer com que o TI coincida com o momento em que o vetor magnetização
esteja cruzando o ponto de magnetização igual a zero (Mz=0). Para isso, sabendo o
tempo T1, do tecido basta multiplicar por 0,69 e teremos o tempo de inversão (TI) a
ser usado como parâmetro técnico no equipamento.
TI = T1 × 0,69
€
36
Como exemplo, podemos considerar o tempo T1 da gordura como sendo igual a 250
ms em equipamentos de 1,5T e, assim., calcular o TI:
TI = T1 × 0,69 = 250 × 0,69 ≈ 172ms
Com uso deste TI de aproximadamente 172 ms, conseguiremos anular o sinal da
€
gordura nas imagens e produzir a chamada imagem STIR (do inglês, Short Time
Inversion Recovery) ou Recuperação da Inversão com Tempo Curto.
Se o mesmo raciocínio for aplicado para o líquido cefalorraquidiano (LCR ou liquor)
que possui um tempo T1 de aproximadamente 4000 ms, teremos um TI entre 2000 e
3000 ms para anulação do sinal. Chamamos de FLAIR (do inglês, Fluid Atenuatted
Inversion Recovery) ou Recuperação da Inversão para Atenuação de Fluídos esta
técnica. Na maioria dos equipamentos de RM de 1,5T adotamos um TI de 2200 ms.
STIR
A técnica STIR permite que possamos anular o sinal da gordura e produzir imagens
onde a saturação por uso de pulsos de RF (pulsos de saturação espectral) não é
possível, como em equipamentos de baixo campo (<0,5T), ou onde a
homogeneidade de campo não está adequada, como próximo a implantes de metal.
Figura 33. Imagem STIR versus saturação por RF.
37
FLAIR
O uso do pulso de inversão para anular o sinal do líquor permite que a detecção de
lesões na substância branca cerebral seja melhor visualizada, pois retira o sinal
hiperintenso em imagens ponderadas em T2, permitindo uma análise mais
detalhada do tecido.
Figura 34. Imagem axial FLAIR e correspondente imagem ponderada em T2.
Meios de Contraste em RM Como o próprio nome já diz, o objetivo do uso de meios de contraste em RM é o de
criar uma diferença (contraste) entre uma ou mais tecidos que não existiria se uma
substância externa ao corpo humano não fosse utilizada. Apesar de a RM ter uma
altíssima capacidade de diferenciar tecidos, determinadas lesões e estruturas
somente serão visualizadas e ou diferenciadas dos tecidos vizinhos se um agente de
contraste for usado. Os meios de contraste possuem a propriedade de alterar as
características de relaxação do tecido (T1 e T2) em que estão presentes através de
suas propriedades paramagnéticas e superparamagnéticas.
38
Os agentes de contraste mais comuns em RM estão baseados no uso de gadolínio
(Gd), manganês (Mn) e óxidos de ferro. O paramagnetismo é uma propriedade de
alguns materiais de se alinhar a um campo magnético externo aplicado,
apresentando assim efeito de susceptibilidade ao campo positiva. Em outras
palavras, podemos entender que quando o material paramagnético é colocado no
campo, ele agrupa levemente as linhas de campo na região onde está - aumentando
assim o campo magnético local.
O superparamagnetismo é uma forma de magnetismo que surge em pequenas
partículas ferromagnéticas como o óxido de ferro. De forma prática, podemos
imaginar que o efeito do material superparamagnético é o de aumentar numa
proporção maior o campo magnético local, ou seja, seu efeito de susceptibilidade é
muito maior.
Gadolínio
O meio de contraste mais utilizado é o gadolínio injetado endovenosamente. Meios
de contraste a base de gadolínio são usados devido a propriedade paramagnética
do íon de gadolínio. O paramagnetismo do gadolínio faz com que o campo
magnético local aumente onde a substância está presente e este aumento acarreta
a redução nos tempos de relaxação T1 e T2. O encurtamento em T1 resulta em sinal
hiperintenso nas imagens ponderadas em T1. Já em imagens ponderadas em T2, a
presença do gadolínio reduz o sinal local.
O íon gadolínio é tóxico e sozinho não poderia ser utilizado. É utilizado junto ao íon
um agente (quelato) que dará segurança e permitirá que o mesmo seja eliminado
após a administração basicamente por via renal. Os meios de contraste a base de
gadolínio são utilizados para avaliar as mais diversas patologias. Especificamente no
tecido cerebral, o gadolínio não ultrapassa a barreira hematoencefálica (BHE)
normal e permanece no meio vascular. Entretanto, em tumores e outras lesões que
afetam ou alteram a BHE, o gadolínio permanece no tecido e assim é detectado,
conforme mostra a Figura 36.
39
Figura 35. Imagem ponderada em T1 adquirida após infusão endovenosa de gadolínio. Este
paciente apresenta tumor cerebral e a hiperintensidade de sinal causada pelo gadolínio
evidencia a quebra da barreira hematoencefálica e extensão da lesão.
O gadolínio também apresenta um efeito de susceptibilidade do campo magnético
local (mudança do campo) que pode ser explorada para produzir imagens da
perfusão cerebral (Figura 37) através de aquisições rápidas T2 (T2*) utilizando a
sequência de pulso EPI, apresentada anteriormente.
40
Figura 36. Mapa colorido obtido a partir de processamento de imagens EPI coletadas durante a
infusão de gadolínio, mostrando redução da perfusão cerebral (cor azul escura) num dos
hemisférios cerebrais, como resultado de um acidente vascular (obstrução da artéria carótida
interna).
A infusão de gadolínio, combinada a uma aquisição tridimensional (3D) ponderada
em T1, permite avaliar vasos da circulação arterial e venosa (angiografia), assim
como observar a impregnação do tecido hepático e do sistema urinários. Quando
aquisições ultrarrápidas são usadas e gatilhadas com o batimento cardíaco, os
meios de contraste a base de gadolínio podem também ser usados no exame do
coração para detecção de isquemia cardíaca e outras alterações (Figura 38).
Figura 37. Imagem TrueFisp (a) e T1 FLASH do coração. As imagens foram obtidas com uso de
sincronia cardíaca e aquisições GRE rápidas.
41
Segurança no Uso do Gadolínio
Considerado até junho 2006 como um agente de contraste extremamente seguro e
sem reações adversas mais sérias, o gadolínio foi associado a uma doença que
pode levar a morte, a Fibrose Nefrogênica Sistêmica (FNS) [0]. A ocorrência da
doença foi relacionada com pacientes com doença nefrológica (insuficiência renal)
moderada ou grave. Desta forma é muito importante que se tenha atenção em
relação a função renal dos pacientes e que um radiologista autorize o uso do
gadolínio antes de sua administração.
Óxidos de Ferro
Uma vez que a alteração do campo magnético local pode resultar em contraste na
imagem de RM, o uso de partículas superparamagnéticas tem utilidade para o
estudo de algumas doenças. Partículas de óxido de ferro são usadas para estudos
do fígado, baço e sistema linfático, pois se associa ao sistema retículo endotelial.
Basicamente será captado pelos macrófagos do fígado (células de Kupffer) e
causará redução no sinal do tecido normal. Em contrapartida, a lesão não capta e
assim pode ser identificada como uma área de sinal aumentado nas imagens
ponderadas em T2. Por reduzir o sinal no tecido normal é chamado de um meio de
contraste negativo.
Manganês
Presente em um meio de contraste não usual no Brasil, o manganês é caracterizado
como um agente hepatobiliar, sendo captado pelos hepatócitos normais e excretado
pela bile. Encurta os tempos T1 e T2.
42
O manganês também esta presente em frutas com o abacaxi e o açaí e vem sendo
usado como um meio de contraste oral em exames de colangiografia por RM
(imagens altamente ponderadas em T2) para reduzir o sinal do líquido presente no
estômago e alças intestinais.
Figura 38. Colangio RM antes e após a administração por via oral de suco concentrado de
abacaxi. É evidente a redução do sinal de estômago e alças intestinais na imagem.
Sistemas de Imagem por RM Componentes Básicos de um Sistema de Imagem por RM
Um sistema de imagem por ressonância magnética pode ser dividido em algumas
partes principais ou sub-sistemas descritos abaixo e mostrados na Figura 23:
a) Magneto
b) Bobinas de Gradiente de Campo Magnético (x,y,z)
c) Bobinas Receptoras e Transmissoras de Radiofrequência (RF)
d) Cabine Atenuadora de Radiofrequência ou Gaiola de Faraday
e) Sistemas Controladores do Envio e Recebimento de RF
f) Sistema Controlador do Gradiente de Campo Magnético
g) Computadores: Reconstrutor de Imagens e Computador de Controle ou
Operação
43
Figura 39. Diagrama simplificado das principais partes de um sistema de RM.
Magneto
A função básica do magneto é gerar um campo magnético alto e homogêneo na
região em que a parte anatômica será posicionada. A forma de gerar o campo
magnético define os tipos de magnetos que existem hoje:
a) Magnetos Permanentes
b) Eletromagnetos:
divididos
em
magnetos
resistivos
e
magnetos
supercondutores
Uma divisão em relação ao design criou uma nomenclatura não muito correta que
vem sendo aplicada pelo mercado: aberto e fechado. O sistema fechado de RM na
verdade não é fechado, pois se caracteriza por um cilindro oco, aberto nas duas
extremidades, em que o paciente é posicionado dentro deste cilindro na sua região
central, o também chamado isocentro. O equipamento aberto é assim chamado, pois
oferece maior comodidade ao paciente, uma vez que as partes laterais são abertas
ou semiabertas permitindo uma menor sensação de confinamento e reduzindo assim
a claustrofobia.
44
Figura 40. Equipamento de RM aberto (0,35T) e fechado (1,5T).
Tipos de Magnetos
Magnetos Permanentes
São constituídos de imãs permanentes e oferecem como vantagem a não utilização
de energia elétrica e a configuração aberta. Alguns fabricantes adotam a construção
na forma de um “C” o que permite ao paciente acesso facilitado, sensação de maior
espaço e conforto. Entretanto, os magnetos permanentes não conseguem atingir
valores altos de campo magnético, ficando reduzidos a menos de 0,5T.
Eletromagnetos
Os eletromagnetos são constituídos por enrolamentos de fios (bobinas) onde a
passagem de corrente elétrica irá produzir o campo magnético. A passagem de
corrente elétrica pode ocorrer com a presença da resistência elétrica (magnetos
resistivos) ou com o uso do fenômeno da supercondutividade (magnetos
supercondutores)
Magnetos Resistivos
Este tipo de magneto está praticamente extinto do mercado de equipamento de RM
para formação de imagem, pois o campo magnético irá ser gerado pela passagem
de corrente elétrica pelo conjunto de bobinas de forma clássica, ou seja, com a
presença constante da resistência elétrica. Assim, é possível desligar o campo
magnético quando não há exames e religá-lo conforme a necessidade. A
desvantagem é o alto consumo elétrico para manter o campo magnético e a
limitação quanto a intensidade do campo magnético produzido. Uma vez que o fio
45
oferece resistência a passagem de corrente elétrica, a produção de calor é inevitável
e, consequentemente, somente valores baixos de campos (até cerca de 0,3T) são
possíveis. Também possuem homogeneidade de campo reduzida e necessitam ser
refrigerados a água. A massa destes magnetos também pode exceder 10.000 kg.
Magnetos Supercondutores
São eletromagnetos compostos de enrolamentos quilométricos de fio de uma liga de
nióbio-titânio que, mergulhados em hélio líquido (criogênico) a uma temperatura
próxima do zero absoluto (-273 ºC ou 0 kelvin), não irão oferecer resistência elétrica,
atingindo a chamada supercondutividade e, assim, podem produzir um campo
magnético alto, sem a geração de calor e sem custo relacionado a consumo elétrico.
Neste tipo de magneto é critico o controle dos sistemas relacionados a temperatura,
pressão e quantidade de hélio no interior do magneto para que não ocorra o
aumento da temperatura interna, que elevaria a taxa de evaporação do hélio
(conhecida como boiloff) e poderia chegar ao ponto critico de resultar no
apagamento do campo magnético, o chamado quenching.
Apesar do custo de produção e comercialização mais alto e a maior necessidade de
controle durante sua operação, os magnetos supercondutores são os mais utilizados
no mercado por sua possibilidade de atingir o valores de campo magnético
superiores a 1,5T, que, sob aspectos clínicos, permite o uso pleno da tecnologia e
dos recursos de RM.
É importante destacar que uma das principais características de qualidade dos
magnetos é a chamada uniformidade ou homogeneidade do campo magnético. Um
alto grau de homogeneidade corresponde a pequenas variações no valor central do
campo magnético e, por consequência, no valor da frequência central de precessão
dos spins. Os equipamentos supercondutores com cilindros mais extensos tendem a
ter melhor homogeneidade que magnetos mais curtos e com diâmetro interno maior.
Os
magnetos
“abertos”
também
possuem
regiões
mais
reduzidas
de
homogeneidade.
46
Figura 41. Magneto supercondutor de 1,5T.
Bobinas de Gradiente de Campo Magnético (x, y, z)
São três conjuntos de bobinas independentes e não refrigeradas pelo sistema de
criogenia (hélio) que irão produzir uma pequena variação no campo magnético o
mais linear possível numa dada direção (x, y ou z). Três direções de aplicação dos
gradientes são necessárias para codificar a origem espacial do sinal (localização) e
assim formar imagens bidimensionais (2D) e tridimensionais (3D).
O acionamento combinado dos gradientes permite criar variações em qualquer
direção dentro do magneto, criando assim planos de corte que não necessariamente
precisam seguir os planos convencionais, axial, sagital e coronal. Os gradientes
serão usados em momentos específicos durante o processo de aquisição das
imagens e podem ser facilmente identificados pelo ruído característico de seu
funcionamento. O ruído acústico gerado pelos gradientes é resultado da rápida
passagem de corrente elétrica pelo fio que sofre dilatação e propaga a onda sonora.
As características de desempenho dos sistemas de gradiente são limitadas por
características biológicas do corpo humano, uma vez que a variação rápida de
campo magnético, durante o exame, produz correntes elétricas em superfícies
condutoras como a pele, e pode resultar em estímulo de nervos periféricos e choque
elétrico. Estas correntes indesejadas, chamadas também de correntes parasitas ou
47
correntes de eddy, que podem se formar na carcaça do magneto durante o
acionamento dos gradientes, devem ser compensadas por sistema de bobinas
desenhadas especificamente para isso e chamadas de blindagem ativa das bobinas
de gradiente ou mesmo via software.
A rápida passagem de corrente elétrica em alta intensidade por estes conjuntos
independentes de bobinas, faz com que seja necessária refrigeração por água ou ar.
Figura 42. Bobinas de gradiente.
Bobinas Receptoras e Transmissoras de Radiofrequência (RF) ou Sistema de
RF
As bobinas ou antenas de RF são responsáveis pela transmissão e recebimento do
sinal de RM. As bobinas podem ser transmissoras e receptoras, somente
transmissoras ou somente receptoras. O envio do pulso de RF (também chamado
de campo B1) produz o desvio no vetor magnetização gerando a componente
transversal da magnetização (xy) que irá ser detectada pela mesma bobina que
gerou o pulso ou por uma outra bobina receptora específica.
Quando não são utilizadas bobinas locais para transmissão do pulso de RF esta
tarefa é realizada pela bobina de corpo. A bobina de corpo está inserida na própria
carcaça do equipamento e vem sendo cada vez mais utilizada como a única bobina
transmissora. Para as bobinas locais fica somente a tarefa de coletar o fraco sinal de
RF que se origina de um corte do corpo do paciente.
48
Uma variedade de bobinas foi e continua sendo desenvolvida para permitir não só
uma coleta mais eficiente do sinal, como também para ser utilizada em novas
aplicações e novas metodologias de aquisição do sinal.
Figura 43. Bobinas utilizadas em RM.
Podemos destacar o uso cada vez mais intenso de bobinas de múltiplos elementos
com arranjo de fase. As bobinas de arranjo de fase são compostas por múltiplas
pequenas bobinas (ou elementos) cada uma com um circuito próprio de detecção,
que se sobrepõem e irão envolver a anatomia de interesse. Até bem pouco tempo
atrás a única bobina do tipo arranjo de fase era a bobina de coluna, porém
atualmente o conceito vem sendo aplicado para todas as bobinas. Utilizar bobinas
com múltiplos elementos permite o uso das técnicas de imagens paralelas (SENSE,
GRAPPA, ARC etc) que irão utilizar a informação da distribuição espacial do padrão
de sinal gerado pela bobina em cada paciente e economizar etapas da codificação
de sinal, permitindo assim um ganho expressivo de tempo e novas possibilidades de
utilização da RM, especialmente onde velocidade é mandatório.
49
Figura 44. Gráfico da relação de sinal com o tipo de bobina e profundidade no corpo.
Reconstrutor de Imagens
É o responsável pelo processamento do sinal digital bruto (também chamado de raw
data) que deverá passar pela chamada transformada de Fourier para ser convertido
em imagem.
Computador de Controle ou Operação
Constitui-se como a interface entre o operador e restante do sistema de RM.
Permitirá múltiplas tarefas que vão desde a prescrição dos protocolos até o controle
da impressão das imagens geradas ou envio para rede lógica para arquivamento ou
distribuição para o laudo a ser realizado pelos radiologistas. Investimentos
crescentes dos fabricantes vêm permitindo uma simplificação.
Cabine Atenuadora de Radiofrequência ou Gaiola de Faraday
A chamada gaiola de faraday ou cabine atenuadora de RF é constituída por placas
metálicas de alumínio ou cobre posicionadas umas ao lado das outras e em contato
entre elas nas paredes, piso e teto de forma a compor uma caixa fechada que
50
atenuará a radiofrequência que entra na sala do magneto. Um visor de vidro pode
ser utilizado, porém deve possuir uma malha metálica em contato com o restante da
cabine. A porta da sala também é especialmente construída para dar continuidade a
esta blindagem quando fechada, sendo os contatos da porta de especial atenção da
equipe técnica, pois problemas decorrentes da entrada de RF para dentro da sala
podem ter origem em defeitos destes contatos.
Artefatos em RM 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:
51
1. Como identificar um ou mais artefatos em uma imagem de RM?
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
52
pressuposto para a identificação e a minimização de artefatos. Alguns artefatos,
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.
53
Tabela 2. Relação entre a parte do sistema, incluindo o paciente, e alguns tipos de artefatos
em IRM.
Parte do Sistema de IRM
Tipo de Artefato
Magneto
Distorção Geométrica
Erros de Saturação de Gordura
Desvio Químico
Inomogeneidade do Campo Magnético
Instabilidade do Campo Magnético
Gradiente de Campo Magnético
Distorção Geométrica
Instabilidade dos Gradientes
Não-Compensação de Correntes Parasitas
Sistema de RF
Inomogeneidade do Campo de RF
Posicionamento do Paciente
RF Anômala
Técnica de Aquisição
Desvio Químico
Envelopamento ou Aliasing
Sombreamento
Amostragem do Sinal
Truncamento
Processamento do Sinal
Método de Reconstrução
Filtração
Paciente
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:
54
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
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 45. 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.
55
Figura 46. (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
56
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 47. (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
57
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 = 10-3s), 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 58
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 48. 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
59
vasos poplíteos para os lados e não comprometendo a avaliação da patela (Figura
51).
Figura 49. 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
60
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 50. Ilustração do GMR igual à Figura 22-16 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
61
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.
62
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
63
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].
64
Figura 51. 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.
65
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 52. 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 55.
66
Figura 53. 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.
67
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 54. Figura do navegador respiratório posicionado na imagem.
v Realizar parada respiratória associada a sequências de pulso rápidas
68
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 55. Figura axial do abdome T1.
v Utilizar técnica Propeller/BLADE
69
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
70
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.
71
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 56. Processo de obtenção do BLADE.
72
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 57. 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
73
artefato não recaísse sobre a anatomia de interesse. A penalização para esta ação é
a perda de resolução espacial.
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 58. 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
74
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.
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.
75
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
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
76
em dois tipos: “spikes” e “zipper”, apesar de em alguns casos os dois tipos estarem
presentes na imagem.
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].
77
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”.
78
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.
79
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.
80
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
81
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
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.
82
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 3. 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
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
(ms)
83
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 (B0), 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
84
equipamentos de 3,0T ou mais, é bastante útil, pois não utiliza pulsos de RF
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
85
(paramagnetismo)
ou
de
aumentar
bastante
o
campo
magnético
local
(ferromagnetismo).
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.
86
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.
87
As sequências de pulso SE são as menos sensíveis aos artefatos de
susceptibilidade. Já as sequências GRE e, principalmente, EPI, são muito sensíveis.
As
interfaces
ar-tecido-osso,
mesmo
causando
pequenas
alterações
de
susceptibilidade, podem afetar de forma bastante heterogênea o sinal de imagens
EPI e causar distorções geométricas importantes.
Figura 67. Cortes axiais gradiente eco “Field Map”.
Ações Corretivas:
v Retirar objetos metálicos e revisar o interior do magneto e a mesa de exames
Os pacientes devem retirar todos os metais possíveis do corpo, assim como
receber roupa apropriada para a realização do exame. Uma moeda no bolso da
calça de um paciente pode resultar em forte artefato na região ou afetar a
saturação de gordura em regiões próximas. O interior do magneto e a mesa de
exames devem ser periodicamente revisados e limpos.
v Utilizar sequências de pulso SE e TSE
Sequências de pulso Spin Eco (SE) e Turbo Spin Eco (TSE) são menos sensíveis a
artefatos de susceptibilidade que sequencias gradiente eco, uma vez que o pulso
de RF de 180º refocaliza os spins corrigindo a defasagem.
v Aumentar a largura de banda de recepção
88
O aumento da largura de banda faz com que o desvio químico entre a água e a
gordura diminua de pixel para pixel e reduz a amplitude do artefato de
susceptibilidade causado pela presença de metal na região. Também possibilita que
um menor TE possa ser selecionado pelo operador. O inconveniente fica por conta
do aumento de ruído na imagem que deve ser compensado de outra forma, como
por exemplo, aumentando o NEX.
v Reduzir tempo eco
Tempo de eco mais curtos reduzem o tempo de defasagem e as perdas de sinal.
v Direção de fase AP nas aquisições axiais EPI do Encéfalo
Ao contrário do que ocorre para outras aquisições axiais do encéfalo que utilizam SE
ou TSE, nas imagens EPI a direção de fase tem que ser anteroposterior. Assim o
gradiente de susceptibilidade causado pelas interfaces ar-tecido-osso vai estar na
mesma direção que o gradiente codificador de fase, reduzindo, mas não eliminando
o artefato.
v Saturar/Anular o sinal da gordura em EPI
Imagens EPI são muito sensíveis ao efeito do desvio químico. Qualquer mudança na
frequência do sinal, como no caso da gordura, irá resultar em um pronunciado
desvio de posição na imagem devido ao longo tempo de amostragem do sinal (50 a
100 ms), podendo afetar até mais que 10 pixels na imagem. O uso de saturação de
gordura por RF ou de técnicas baseadas na anulação do sinal da gordura por
inversão da recuperação (STIR) são formas recomendadas de evitar este artefato.
v Adquirir e utilizar os mapas de campo ou de susceptibilidade para programar cortes
Mapas de susceptibilidade são imagens gradientes eco rápidas que podem ser
usadas para mapear as alterações de campo magnético causadas pelo próprio
tecido (e.g., base do crânio e seios paranasais) ou pela presença de metal (e.g.,
grampos de sutura craniana). Estas imagens podem ser usadas como localizadoras
para a programação de cortes em sequências como a EPI, onde a proximidade com
interfaces ar-osso-tecido ou com o metal degradam a qualidade. Podem também ser
89
utilizadas na programação de aquisições single e multivoxel para espectroscopia
cerebral.
v Utilizar técnicas de aquisição paralela
Dada a redução na necessidade de acionamento de gradientes codificadores de
fase, as técnicas de aquisição paralela [0,0] permitem a redução do TE mínimo e do
comprimento do trem de ecos, reduzindo assim artefatos de susceptibilidade, como
mostra a Figura 26(b).
v Utilizar técnicas de recuperação da inversão por saturação espectral não seletiva
Técnicas baseadas no uso de recuperação da inversão combinadas a pulsos de RF
adiabáticos asseguram alta uniformidade na saturação de gordura mesmo na
presença de inomogeneidades do campo de RF [0].
v Utilizar Método Dixon
Como já descrito anteriormente o método Dixon é uma opção para obter imagens
com supressão do sinal da gordura mesmo na presença de inomogeneidades do
campo magnético. O tempo de aquisição mais prolongado que técnicas de
saturação da gordura por RF é um limitador para o seu uso.
Sobreposição por Angulação dos Cortes
Este artefato ocorre, geralmente, em exames da coluna lombar, onde alguns cortes
acabam sendo sobrepostos ao serem posicionados sobre os discos e seguindo sua
angulação. Assim, a região de um corte sofre a influência da radiofrequência do
corte adjacente, ficando saturada. A região da imagem onde ocorreu a sobreposição
do corte é apresentada como uma faixa de baixo sinal, como pode ser visto na
Figura 68.
90
Figura 68. Imagem axial da coluna lombar mostrando sombra resultante da sobreposição entre
cortes adjacentes.
v Ajustar o posicionamento
Pode-se posicionar os cortes de maneira que a intersecção destes ocorra fora da
região de interesse.
v Adquirir cortes de forma alternada/intercalada
Alguns equipamentos permitem adquirir cortes alternadamente, o que diminui a
interferência entre os cortes.
Sobreposição por Proximidade (“Cross Talk”)
Um efeito semelhante, também conhecido como cross talk ou conversa cruzada
pode ocorrer entre dois cortes paralelos muito próximos, ou seja, sem o correto
espaçamento entre o início de um e o fim de outro. Este efeito é resultado da
imperfeição inerente ao perfil de RF enviado ao corpo do paciente. Este perfil possui
uma largura em frequências que não se encerra abruptamente, ocasionando uma
saturação de cortes adjacentes ao de interesse. Se adquirirmos cortes de forma
contigua, ou seja, um após o outro (corte 1, 2, 3...) e sem o devido espaçamento, a
RF de um irá saturar parte do tecido do outro corte. No momento da excitação do
próximo corte não teremos a máxima magnetização disponível, ocasionando uma
91
redução geral do sinal na imagem. Quanto mais rápido e mais fino for o corte
desejado, a tendência é que seja menos perfeito o pulso de RF que irá excitar a
região, ocasionando maior efeito de sobreposição de RF de um corte para outro.
v Usar o espaçamento recomendado entre os cortes
O espaçamento entre o fim de um corte e o início de outro garante que as
imperfeições de cada pulso não irão afetar o corte adjacente. Espaçamentos de no
mínimo 10% da espessura de corte são recomendados para garantir a qualidade de
imagens 2D. Quando em sequencias com uso de pulso de inversão (e.g., STIR,
FLAIR) é recomendado, no mínimo, 20%.
v Selecionar cortes intercalados
Esta opção faz com que a excitação dos cortes não ocorra de forma contigua e sim
intercalada entre cortes pares e ímpares. Primeiro são excitados os cortes pares (2,
4, 6...) e depois os cortes ímpares (1, 3, 5...).
Truncamento ou Efeito “Gibbs”
Este artefato ocorre devido a baixa amostragem de dados na direção de codificação
de fase ou frequência (baixa resolução da matriz de aquisição), de modo que as
interfaces de alto e baixo sinal são apresentadas incorretamente na imagem. Uma
série de linhas paralelas a borda das estruturas se propaga na imagem, como pode
ser visto na Figura 69.
92
Figura 59. Artefato tipo truncamento.
Um objeto com borda bem definida, como a medula em relação ao líquor nas
imagens ponderadas em T1, será bem representada se houver uma alta taxa de
amostragem do sinal de RM, para representar bem esta mudança abrupta.
Dependendo da direção de aplicação do gradiente e da orientação da estrutura na
imagem esta direção pode ser a codificação de fase ou a codificação de frequência.
O truncamento do sinal de RM, principalmente na direção de fase, que possui
relação direta com o tempo de aquisição, ocorre quando selecionamos uma matriz
muito baixa, como por exemplo, 128.
O efeito no sinal de RM é de retirada das altas frequências no sinal armazenado no
espaço k, ocasionando, após a aplicação da transformada de fourier (TF), uma
representação incorreta, principalmente das bordas. Se um objeto que contém
componentes de alta frequência espacial (bordas bem definidas) não for amostrado
corretamente, o resultado será não somente uma perda de resolução na imagem,
mas também a introdução dos chamados anéis de Gibbs. Nome este dado em
homenagem ao matemático e físico americano, Josiah Willard Gibbs (1839-1903),
que explicou o fenômeno da presença de grandes oscilações nas bordas quando se
tenta aproximar por séries de Fourier uma onda quadrada. Este artefato é
caracterizado por oscilações de intensidade de sinal que se propagam a partir das
bordas na anatomia e se tornam evidentes somente quando o tamanho da transição
na borda do objeto e da ordem do tamanho do pixel ou menor que este.
93
v Filtro de Suavização
Utilizar um filtro matemático (e.g., filtro Hanning) no espaço k para suavizar os
dados antes da transformada de fourier auxilia na eliminação deste artefato na
imagem. O processo chamado de apodização consiste em suavizar as altas
frequências espaciais.
v Aumentar o número de codificações de fase e frequência
O aumento do número de codificações de fase e frequência, ou seja, na matriz de
aquisição, reduz significativamente este tipo de artefato. O aumento na matriz na
direção de fase aumenta o tempo de aquisição.
v Saturar/Anular o sinal da gordura
O uso de saturação de gordura por RF ou anulação por inversão da recuperação
permite reduzir o artefato que tem origem nas imagens com hipersinal da gordura.
Distorção Geométrica
Quando a imagem apresenta distorções que alteram o formato e/ou a posição da
anatomia do paciente, o tipo de artefato pode ser classificado como de distorção
geométrica ou linearidade espacial. A imagem deformada pode ter como origem a
homogeneidade do campo magnético estático (B0), a linearidade dos gradientes de
campo magnético, a presença de objetos metálicos e efeitos de susceptibilidade
causados por regiões e estruturas do próprio paciente.
O campo magnético estático é mais homogêneo no isocentro e tende a piorar a
medida que nos afastamos do centro em direção aos limites do CDV. Imperfeições
na homogeneidade do campo B0 podem ser resultado de material metálico deixado
dentro do magneto, falta de procedimento de homogeneização do campo pelo
fabricante, colocação de equipamentos ou grandes quantidades de massa metálica
nas vizinhanças da sala de exames ou mesmo características do tipo de magneto
adquirido.
94
A variação linear do gradiente de campo magnético deve ocorrer ao longo do campo
de visão até sua máxima dimensão selecionável pelo operador. Porém, na maioria
dos equipamentos, nos limites do campo de visão ocorrem alterações da
homogeneidade de campo magnético principal além de distorções no perfil do
gradiente, como mostra a Figura 73. Estes erros levam a distorção da imagem
nestas regiões, como mostra a Figura 70. Um artefato bastante comum nas imagens
de RM, e que está diretamente relacionado à homogeneidade do campo, são as
falhas na saturação de gordura, principalmente em regiões próximas aos limites do
campo de visão.
A distorção causada por efeitos de susceptibilidade das interfaces ar-osso-tecido
causa, além de alterações no sinal das imagens já comentadas anteriormente,
distorções da imagem que impossibilitam a identificação de estruturas ou a medição
de lesões.
Figura 71. (a) Imagem adquirida no plano coronal com campo de visão (CDV) de 40 cm em um
equipamento de 0,35T e sem uso do filtro de correção. Foi utilizado dispositivo de teste
composto de grade de acrílico utilizado para verificar a distorção geométrica. (a) Imagem do
mesmo dispositivo, porém com uso do filtro de correção. (c) e (d) Imagens de exames
realizados com uso do máximo CDV sem uso do filtro de correção.
95
Ação Corretiva:
v Uso de algoritmos (filtros) de correção da distorção geométrica
Os fabricantes possuem filtros para a correção de distorção geométrica e
recomendam seu uso, normalmente, a partir de um determinado tamanho do CDV. A
correção de distorção pode ser selecionada em alguns equipamentos somente antes
do início da aquisição, porém, em outros equipamentos, o algoritmo pode ser
aplicado na imagem já adquirida.
v Melhor posicionamento da anatomia
Este procedimento inclui não somente um reposicionamento do paciente ao longo do
eixo da mesa de exames (superior-inferior) mas também, quando possível, um
reposicionamento lateral do paciente. Se num exame de ombro, por exemplo,
houver distorção da imagem ou dificuldade de realizar saturação do sinal da
gordura, a movimentação lateral do paciente, trazendo o ombro de interesse mais
para o centro do magneto jea garante uma melhor homogeneidade de campo.
Equipamentos abertos de RM e novos equipamentos de 1,5T e 3,0T com abertura
do gantry de 70 cm possibilitam que esta manobra seja realizada com maior
facilidade, mesmo em pacientes grandes.
v Realização de shimming específico na região de interesse
A maioria dos sistemas de RM permite ao usuário selecionar as dimensões e o
posicionamento da região de interesse que o shimming será feito. Na ausência de
interação do usuário, o sistema adota a mesma região onde estão programados os
cortes.
v Certificação do shimming passivo do equipamento
A homogeneidade do campo magnético é ajustada na instalação do equipamento
através da colocação de peças de material ferromagnético no interior do magneto,
procedimento este conhecido como shimming passivo. Apesar de raro, pode ser
necessário refazer o shimming passivo, especialmente se houveram modificações
96
importantes na estrutura física no entorno da sala do magneto ou problemas nas
bobinas de gradiente, por exemplo.
Outros Artefatos
Artefatos Devido a Técnica de Aquisição Paralela
Técnicas de aquisição paralela (e.g., SMASH, SENSE, mSENSE, GRAPPA etc)
estão disponíveis nos modernos equipamentos de RM e permitem uma série de
vantagens na medida em que reduzem a necessidade do acionamento de
gradientes codificadores de fase para coletar todo um espaço k, fazendo uso do
sinal obtido por diferentes elementos de bobinas de RF e do seu perfil de
sensibilidade.
Ruído inomogêneo e envelopamento residual são dois tipos característicos de
artefatos que vêm se tornando cada vez mais raros à medidas que modificações nas
técnicas e nas bobinas são implementadas. O ruído inomogêneo pode ser evitado
através do posicionamento correto da bobina, campo de visão adequado e baixo
fator de aceleração. O envelopamento residual se caracteriza pela dobra da
anatomia no centro do campo de visão na direção de codificação de fase e resulta,
na maioria das vezes, de discrepância entre o sinal coletado para a calibração do
perfil de sensibilidade da bobina e aquisição do sinal propriamente dito.
Uma
abordagem mais aprofundada e completa pode ser obtida na literatura [0,0,0].
“Cross Talk” entre Sistemas de RM
Das referências utilizadas somente uma relatava este tipo de artefato bastante
incomum, mas presente no nosso meio. É importante relatar este tipo de artefato,
pois vem se tornando cada vez mais frequente a instalação de um segundo ou
terceiro equipamento de RM de mesmo valor de campo magnético e bastante
próximo um do outro, quando não um ao lado do outro. Se os dois equipamentos
97
estão operando na mesma frequência e ao mesmo tempo é muito importante que as
salas sejam circundadas por blindagem especialmente desenhada para que não
ocorra o “cross talk” entre os sistemas. É recomendável que o aterramento da
blindagem de RF seja feito separadamente e que os armários dos sistemas de RF e
gradientes sejam mantidos distantes ou em ambientes distintos para cada sistema.
Desvio Químico em Imagens EPI
Em aquisições convencionais do espaço k, o efeito do desvio químico entre a água e
a gordura irá resultar num deslocamento dos pixels na direção de frequência, como
citado anteriormente na seção 4.4.1. Este efeito se torna um pouco mais complicado
quando analisamos a sequência de pulso EPI. Nas aquisições eco planares do
espaço k (EPI), a taxa de amostragem do eco é muito mais alta, o que resulta em
menores acúmulos de fase durante a leitura do sinal (codificação de frequência).
Entretanto, o tempo entre pontos de dados adjacentes na direção de codificação de
fase é muito maior, resultando em um grande desvio de posição da gordura na
direção de fase da imagem, como mostra a Figura 72-a.
Figura 72. EPI do encéfalo sem (a) e com uso de fat Sat (b).
A opção para eliminar este artefato é fazer uso de pulso de saturação espectral do
sinal da gordura (Figura 72-b) ou utilizar pulsos de inversão da magnetização e
tempo de inversão (TI) ajustado para anular o sinal da gordura.
98
Difusão da Mama com Próteses de Silicone
O uso da imagem ecoplanar ponderada na difusão da água para regiões do corpo
além do tecido cerebral vem se tornando cada vez mais frequente. No caso
específico do uso de difusão da mama, atenção deve ser dada quando a paciente
possui
prótese
de
silicone.
O
silicone
possui
um
desvio
químico
de
aproximadamente 296 Hz em relação a água e causará um artefato de
deslocamento pior que o da gordura em imagens EPI, como mostra a Figura 73.
Figura 73. (a) Imagem axial T2 TSE STIR mostrando prótese de silicone unilateral (mama
2
direita). (b) Imagem axial EPI STIR ponderada na difusão (b=50 mm/s ) mostrando o
pronunciado deslocamento na direção de fase (anteroposterior). (c) Imagem axial EPI
2
ponderada na difusão (b=50 mm/s ) com uso de pulso adiabático de saturação e inversão da
magnetização, onde é possível verificar que o sinal do silicone foi saturado.
A solução é utilizar técnicas de saturação espectral por RF que eliminem tanto o
sinal da gordura como do silicone, eliminando assim o artefato na imagem. O uso de
recuperação da inversão combinadas a pulsos de RF adiabáticos é uma opção
disponível nos sistema de RM mais modernos.
99
Efeito do Ângulo Mágico
Este artefato é visto com certa frequência em tendões, ligamentos e nervos
periféricos, onde certas partes do tecido aparecem com aumento de sinal nas
imagens ponderadas em T2 com TE curto. A orientação da fibra em relação a
direção do campo magnético principal (B0) determina o efeito do ângulo mágico.
Tendões e ligamentos possuem tempos T2 extremamente curtos, dadas as
interações dipolares que o hidrogênio, ligado a cadeias de colágeno, possui. Num
ângulo aproximado de 55º com a direção do B0, as interações dipolares se tornam
nulas, resultando num aumento do tempo T2 (cerca de 100 vezes) e aumento do
sinal em imagens ponderadas em T2[0]. O tendão de Aquiles altera seu T2 de 0,6
ms para 22 ms [46]. O aumento de sinal no tendão patelar.
O posicionamento da anatomia de interesse num ângulo diferente de 55º e o uso de
TE mais longos (acima de 37 ms) são as alternativas para eliminar este artefato. O
aumento do TE pode ajudar na especificidade de uma doença, porém pode resultar
em perda de sensibilidade na detecção, visto que a condição patológica terá de
aumentar o tempo T2 mais do que o efeito do ângulo mágico.
Deve-se ter cuidado especial quando do uso de exames dinâmicos, especialmente
em equipamentos abertos de RM, onde a anatomia de interesse realiza movimento e
altera sua orientação em relação a direção do B0.
Atualmente estão sendo
desenvolvidas sequências de pulso que utilizam tempos de eco ultra-curtos (UTE –
Ultra short TE), onde o TE varia de 8 a 80 µs, o que faz com que se obtenha sinal
das fibras mesmo quando orientadas a 0º em relação ao B0 [0].
Artefato da Anestesia nas Imagens FLAIR
Hiperintensidades nas cisternas da base e nos espaços subaracnóideos em
imagens FLAIR (Fluid-Attenuated Inversion Recovery), de pacientes submetidos a
procedimentos anestésicos para realização do exame de RM, foram inicialmente
atribuídas ao uso de um anestésico conhecido como propofol [0]. Trabalhos
subsequentes mostraram que o suplemento de oxigênio resulta em encurtamento do
100
tempo T1 do líquido cefalorraquidiano (LCR) e é o responsável pelo aparecimento
de hiperintensidades no LCR que podem ser erroneamente atribuídas conteúdo
proteico anormal ou hemorragia subaracnóidea. [0,0,0]
Respostas do Quis Conseguiu identificar os artefatos presentes nas três imagens? O tipo de artefato, a
causa e a solução podem ser conferidos abaixo:
Figura 46 – Letra a
Tipo de Artefato: Presença de objeto metálico.
Relato do Ocorrido: uma paciente idosa orientada a retirar todos os metais entrou
em sala para realizar uma RM de Encéfalo e tão logo se iniciou o exame (imagens
localizadoras) foi percebida a presença deste forte artefato em ambos os lados do
crânio. Paciente foi questionada quanto a cirurgias e revisada quanto a brincos e
algum passador de cabelo. Negou e mostrou que não havia nada. Porém informou
que usava peruca.
Causa: presença de presilhas metálicas para fixação da peruca.
Solução: remoção da peruca e reinicio do exame.
Figura 46 – Letra b
Tipo de Artefato: Presença de imagens fantasma.
Relato do Ocorrido: paciente agitado e com dificuldade de manter apneia.
Causa: movimento respiratório do tórax e abdome durante a aquisição em apneia.
Solução: redução do tempo total de aquisição em apneia com utilização de técnicas
de imagens paralelas; uso de sincronia respiratória por cinta ou navegador na
imagem ou uso de técnica tipo BLADE ou Propeller.
101
Figura 46 – Letra c
Tipo de Artefato: Presença de imagens fantasmas hiperintensas se propagando
lateralmente na fossa posterior prejudicando a visualização das estruturas.
Relato do Ocorrido: aparecimento do artefato somente nas imagens axiais após
uso do meio de contraste a base de gadolínio.
Causa: artefato causado por imagens fantasma devido a pulsação do seios venosos
hiperintensos devido a presença do gadolínio.
Solução: utilização de técnica de compensação de fluxo.
Artefatos em IRM assumem diferentes formas, fantasmas, falsos contornos,
sombreamentos,
linhas,
“zippers”
e
distorções
geométricas.
Fantasmas,
especialmente aqueles causados por movimento, são os mais frequentes. De forma
similar a escolha de sequências de pulso, a decisão de suprimir artefatos deve ser
reconsiderada periodicamente, com o aumento da experiência e inovações
tecnológicas. A detecção e supressão dos diferentes tipos de artefatos exige
cooperação entre o corpo médico e o corpo técnico além de um estudo periódico
das novas sequências de pulso.
Evitar erros de interpretação e melhorar a qualidade da imagem de ressonância
magnética é um desafio a ser vencido na medida em que uma profusão de
sequências de pulso e, consequentemente de aplicações nas mais diversas regiões
anatômicas ocorre.
Segurança em RM Apesar do processo de obtenção de imagens por ressonância magnética (RM) não
utilizar radiação ionizante e o método ser considerado seguro, existem muitos riscos
associados a realização dos exames e ao ambiente de RM que já conduziram a
acidentes graves associados a morte de pacientes e trabalhadores. A maior parte
dos acidentes está relacionada ao campo magnético estático do equipamento,
porém outras fontes de risco como os gradientes de campo magnético,
radiofrequência, meio de contraste à base de gadolínio e os criogênicos (ex., hélio
102
líquido), também oferecem perigo e devem ser considerados numa análise de
segurança no setor.
Cabe destacar que o Brasil não possui legislação ou mesmo recomendação sobre
aspectos de segurança em RM e é, portanto, dever das instituições e dos que
trabalham garantir a segurança dos pacientes, acompanhantes, colaboradores e
prestadores de serviço na sua relação com o ambiente de RM.
Histórico de Acidentes
Muitos acidentes estão relatados na literatura e vão desde ferimentos causados por
pequenos objetos ferromagnéticos levados inadvertidamente para dentro da sala do
magneto, passando por queimaduras causadas por equipamentos não apropriados
para RM até mortes em pacientes portadores de clipes de aneurisma e marcapasso.
Em um período de 10 anos, a base de dados do FDA catalogou um total de 389
incidentes em instalações de RM em todo os EUA, porém sabe-se que os dados são
subestimados, pois em um levantamento de 16 meses realizado pelo Pennsylvania
Patient Safety Authority um total de 88 incidentes foram computados [0].
No Brasil, não possuímos registros oficiais de acidentes, porém é fácil perceber que
a mesma ocorrência existe em nosso país, pois não existe serviço de RM que não
relate pelo menos um incidente ocorrido desde a instalação de seus equipamentos.
Um acidente grave e bastante recente fez com que a parte de segurança em RM
fosse revisada e novas medidas fossem sugeridas. Em julho de 2001, um menino de
seis anos de idade chamado Michael Colombini foi atingido por um cilindro
ferromagnético de oxigênio enquanto era preparado para realizar um exame com
anestesia.
Este cilindro foi levado para dentro da sala de exames de forma
inadvertida por uma enfermeira que não pertencia ao setor de RM e que tentava
auxiliar um anestesista que percebeu uma queda na saturação de oxigênio da
103
criança. Este gritou por ajuda quando percebeu que o sistema de oxigênio do quadro
de gases da sala de exames não estava funcionando, levando a enfermeira a entrar
na sala do magneto com o material inapropriado. A grande tragédia neste caso é
que o menino realizava o exame após uma cirurgia para retirada de um tumor
benigno no cérebro. O resultado mais recente deste caso foi a condenação do
hospital a pagar uma indenização para a família do menino no valor de 2,9 milhões
de dólares.
Riscos da Imagem por Ressonância Magnética
Os riscos relacionados ao ambiente de RM são demonstrados resumidamente na
tabela abaixo:
Tabela 4. Fontes de risco em RM e possível efeito ou interação com o corpo humano.
Fonte de Risco
Efeito no Corpo Humano
Campo Magnético Estático
Atração de objetos ferromagnéticos
Torção de objetos ferromagnéticos
Alteração no funcionamento de equipamentos
Vertigem e Náusea
Gradientes de Campo Magnético
Estímulo de Nervos Periféricos
Magnetofosfenos
Choque elétrico
Ruído Acústico
Radiofrequência
Aumento da temperatura corporal
Queimaduras
Criogênios
Queimaduras
Sufocamento
Meios de Contraste
Reações Alérgicas
Fibrose Nefrogênica Sistêmica
104
Campo Magnético Estático (B0)
Os equipamentos de RM disponíveis no mercado possuem intensidade de campo
magnético que varia de 0,2T a 3,0T para uso clínico, porém, na área de pesquisa,
podem inclusive ser superiores a 7,0T. As regras de segurança sofrem alteração
quando o campo é superior a 3,0T, especialmente quanto a movimentação das
pessoas em relação ao campo. Abordaremos as orientações básicas para
equipamentos usados clinicamente e que se restringem ao valor de 3,0T. O campo
magnético estático (B0) oferece dois tipos básicos de risco: atração de objetos
ferromagnéticos e alteração no funcionamento de equipamentos.
Objetos compostos de ferro, níquel e cobalto, por exemplo, apresentam
comportamento ferromagnético e serão atraídos pelo campo magnético do
equipamento. O risco pode ser de atração (como no caso de um cilindro de oxigênio,
uma tesoura, uma enceradeira etc) ou de torção (torque) em um objeto implantado
no corpo, como um clipe de aneurisma cerebral. Quanto maior for a massa
ferromagnética, maior será a força de atração do campo para com o objeto. Desta
força de atração pode ainda resultar o chamado efeito míssel, em que o objeto é
acelerado em direção ao magneto, podendo acarretar choque violento com o
paciente ou membro da equipe.
Todos os objetos que necessitarem ser levados para dentro da sala devem ser
cuidadosamente verificados por pessoal especializado (físicos, engenheiros ou
responsáveis da instituição ou fabricante) de forma a garantir que não haverá risco
de atração com o campo magnético.
Pacientes, acompanhantes, membros da equipe técnica e médica ou qualquer
pessoa que necessite entrar na sala de exames (sala do magneto) deve ser
cuidadosamente
questionada
e
revisada
para
que
não
porte
materiais
ferromagnéticos ou que não possua implantes ou equipamentos sensíveis ao campo
magnético.
Pacientes
portadores
de
implantes
eletricamente
ativos
(ex.
marcapassos cardíacos, desfibriladores cardíacos, neuroestimuladores, implantes
105
cocleares etc) devem ser questionados mesmo antes de entrar no setor de RM, pois
a presença destes equipamentos além da linha de 5 G ou 0,5 mT (1 T = 10.000 G)
é proibida.
A Linha de 5 gauss (5G) ou 0,5 militesla (0,5 mT)
Esta linha especifica o perímetro em torno do equipamento de RM em que o campo
magnético é mais alto que 5 gauss. 5 gauss ou menos é considerado nível “seguro”
para exposição ao campo magnético estático para o público em geral. Este limite
leva em consideração o risco de alteração no funcionamento de um marcapasso
convencional quando da exposição a partir do limite. No projeto dos serviços de RM
os fabricantes procuram colocar esta linha dentro ou nos limites das paredes da sala
do magneto, como mostra a Figura 74.
Figura 760. Linha de segurança de 0,5 mT ou 5G desenhada na planta baixa de um serviço de
RM.
106
Cuidados com Campo Magnético Estático (B0)
-
Demarcar a linha de 5 gauss utilizando cartazes, marcação no piso e
obstáculos, se necessário;
-
Criar mecanismo físico de restrição de acesso ao setor de RM (leitoras de
crachá, portas com senha etc);
-
Proibir o acesso de qualquer pessoa portadora de marcapassos e
neuroestimuladores no ambiente de RM;
-
Utilizar documentos para investigação de metais em que o paciente assinale
a sua presença no corpo e possa ser investigado antes da entrada na sala de
exames;
-
Nunca levar para dentro da sala de exames materiais desconhecidos ou não
revisados quanto a presença de partes ferromagnéticas;
-
Não permitir a entrada do paciente em sala portando qualquer objeto metálico
como anéis, brincos, relógio, carteira, piercing e próteses dentárias
removíveis;
-
Somente utilizar na sala de exames equipamentos próprios para o ambiente
da RM e certificados por empresas de reconhecida competência (ex. Injetoras
de meio de contraste, oxímetros, carros de anestesia, eletrodos etc);
-
Colaboradores externos ao setor, como pessoal de manutenção e
higienização, só devem ser autorizadas a entrar na sala após repasse formal
de instruções de segurança no ambiente de RM;
-
Conhecer a localização e forma de acionamento dos botões de parada
elétrica e de desligamento do campo magnético.
Gradientes de Campo Magnético
Os gradientes de campo magnético são variações rápidas do campo que ocorrem
durante o processo de obtenção das imagens. As variações de campo magnético
podem induzir correntes elétricas no corpo do paciente que podem resultar em
estímulo de músculos periféricos e até mesmo choques elétricos. A probabilidade de
ocorrência é maior quando do uso de sequências de pulso rápidas (gradiente eco e
107
imagem eco planar) e nas extremidades dos magnetos, especialmente nos
magnetos supercondutores de formato cilíndrico.
Normas regulamentadoras limitam o valor máximo do gradiente para prevenir que
nenhuma estimulação cardíaca ocorra. O ruído acústico produzido pelos gradientes
pode ser superior a 80 decibéis (80 dB), assim é obrigatório o uso de proteção
auricular para pacientes e qualquer pessoa que permaneça dentro da sala do
magneto durante a aquisição de imagens.
Cuidados com o Gradiente de Campo Magnético
-
Fornecer protetor auricular para pacientes, acompanhantes ou qualquer
pessoa que permaneça dentro da sala do magneto durante a aquisição de
imagens;
-
Evitar que a pele do paciente fique em contato direto com a carcaça interna
do magneto ou com partes da bobina. Utilizar espumas isoladoras e a roupa
apropriada para o exame para este fim.
-
Criar registros de ocorrência em pacientes de estímulo de nervos periféricos,
sensações
de
choque
ou
surgimentos
de
flashes
luminosos
(magnetofosfenos) durante a realização de exames para que sejam relatados
ao fabricante e responsáveis pela manutenção dos equipamentos;
Radiofrequência
O principal risco associado a radiofrequência é a deposição de sua energia sob a
forma de calor. Os equipamentos possuem sistemas de monitoramento (hardware
e/ou software) que limitam a potência de RF levando em consideração o peso do
paciente e limites estabelecidos internacionalmente para a taxa de absorção
específica (SAR). A taxa de absorção específica conhecida pela sigla SAR (do
inglês, Specific Absortion Rate) é uma medida da quantidade de energia da RF
depositada por unidade de massa do corpo do paciente. Os limites do SAR levam
108
em consideração que a temperatura do tecido não ultrapasse 1,0 ºC e os limites
existem para corpo inteiro e regiões específicas.
Cuidados com a Radiofrequência
-
Fornecer ao paciente avental ou roupa apropriada e confeccionada com
tecido natural para que substituía todas as suas roupas para realização do
exame;
-
Informar ao equipamento no início do exame o valor de massa corporal (kg) e
idade, permitindo o correto funcionamento das limitações de SAR;
-
Não cobrir o paciente excessivamente;
-
Não utilizar plásticos ou outros materiais que causem abafamento e aumento
da transpiração;
-
Não iniciar o exame em paciente com suor acumulado ou que estejam
urinados;
-
Não permitir que mãos e pés fiquem cruzados ou em contato direto de pele
com pele, evitando assim um efeito de antena que pode resultar em
queimaduras e choques nestes pontos de contato;
-
Verificar cabos e conectores das bobinas quanto a integridade física,
evitando assim riscos de choques e faiscamento;
-
Manter contato permanente com o paciente, orientando o mesmo a acionar a
campainha ligada ao alarme sonoro caso sinta alguma sensação de
aquecimento ou desconforto durante o exame.
Líquidos Criogênios
Os líquidos criogênicos como o nitrogênio e o hélio são gases liquefeitos a baixas
temperaturas e são usados nos magnetos supercondutores para que a corrente
circule pela bobina produtora do campo magnético principal sem apresentar
resistência elétrica. O hélio líquido é o criogênico mais utilizado e possui temperatura
de -269ºC. Os magnetos supercondutores estão abastecidos com cerca de 1.700
litros de hélio.
109
Durante abastecimentos e manutenções cuidados especiais são tomados pelas
equipes técnicas para evitar queimaduras, devido a baixa temperatura das partes
em contato com o líquido ou com o gás, e a possibilidade de substituição do ar
ambiente pelo gás hélio levando ao sufocamento. Na rotina de um serviço de RM, o
controle e registro diário da pressão do magneto e nível de hélio se faz necessária
para evitar perdas excessivas com a evaporação e pontos críticos de trabalho com o
magneto, como nos casos em que o nível de hélio fica inferior a 50% da capacidade
de abastecimento.
Apagamento do Campo Magnético
Se for necessário realizar o apagamento do campo magnético (procedimento de
quenching) através do acionamento do botão de parada do campo magnético é
importante assegurar que a porta da sala de exames está aberta e que as pessoas
serão evacuadas do setor, pois o hélio se expande em cerca de 700 litros de hélio
gasoso para cada litro de hélio liquido, ocupando o espaço do ar ambiente.
Importante ressaltar que não é incomum a ocorrência de quenching espontâneo pelo
magneto.
Os magnetos possuem um duto, chamado de tubo de quench, que conduz o hélio
sob a forma de gás para fora da sala (área externa), porém pode ocorrer deste duto
estar obstruído ou danificado e, desta forma, jogar o hélio para dentro da sala de
exames e setor de RM.
Cuidados com Líquidos Criogênios
-
Para magnetos supercondutores, a porta da sala de exames deve abrir “para
fora” ou a sala deve possuir “válvula de compensação de pressão”
bidirecional com dimensão apropriada;
-
Rotinas de reabastecimento de hélio líquido devem ser cercadas de todas as
medidas de segurança necessárias, principalmente proibindo a entrada de
pessoas desavisadas ao serviço;
110
-
Não respirar e ou se aproximar de gases/vapores criogênicos;
-
Não tocar superfícies congeladas no magneto ou da torre do magneto;
-
Manter a saída externa do tubo de quench desobstruída e direcionada para
local que não possibilite circulação de pessoas;
-
Em caso de apagamento do campo magnético, remover o paciente
imediatamente e avisar o serviço técnico do fabricante do equipamento;
-
Manter o ar condicionado da sala de exames em boas condições e com
renovação parcial do volume de ar.
Sinalização
O acesso ao setor e, especialmente, à porta da sala de exames deve estar
sinalizado com cartazes e avisos (Figura 79) que possibilitem a correta identificação
dos riscos e limitem a entrada de pessoas portadoras de marcapassos e outros
dispositivos e implantes proibidos no ambiente de RM ou mais especificamente na
sala de exames.
Figura 75. Exemplo de cartaz de aviso a ser posicionado na porta da sala de exames de RM.
111
Restrição de Acesso e Anamnese
Talvez a melhor restrição de acesso de pacientes ao ambiente da RM deveria ser
realizada pelo médico solicitante quando prescreve, ou não, um exame de RM para
seu paciente. Porém sabemos que infelizmente muitos pacientes portadores de
marcapasso acabam recebendo solicitações para exames de RM. Sendo assim,
outras medidas de restrição devem ser tomadas. O questionamento e a investigação
do paciente devem ser realizados em mais de uma etapa para que sejam criadas
barreiras que evitem o acesso ao ambiente de RM.
Exemplo:
-
Perguntas no momento do agendamento do exame;
-
Preenchimento da ficha de investigação de metais e consentimento informado
na recepção do setor e assinatura dos mesmos pelo paciente ou responsável
legal pelo mesmo;
-
Anamnese e conferencia das fichas e consentimentos pelo técnico de
enfermagem e pelo técnico ou tecnólogo em radiologia momentos antes do
exame e antes de ingressar na sala do magneto.
Gravidez e RM
Uma pergunta frequente em RM é se paciente gestante ou paciente com suspeita de
gestação podem realizar exames. Ou ainda, se trabalhadoras grávidas podem
trabalhar no setor de RM ou, mais especificamente, dentro da sala de exames. Não
existe qualquer evidência na literatura científica que sustente efeitos biológicos
adversos que possam vir a ser causados à mãe ou ao feto no ambiente de RM ou
durante o exame [0,0].
A recomendação atual é que toda exame de RM em paciente gestante seja discutido
e avaliado pelo médico radiologista e médico solicitante de forma a encontrar
alternativas que também não envolvam riscos como a radiação ionizante para a
busca do diagnóstico. O exame de RM em gestantes deve ser autorizado pelo
médico radiologista.
112
Conduta em casos duvidosos
A conduta recomendada em casos de dúvida quanto à presença de algum implante
ou condição do paciente para realizar o exame é de não realizar até que se saibam
exatamente todas as informações. O médico radiologista é o responsável técnico
pelo paciente e deve ser informado e consultado sempre que necessário para
autorizar a entrada de uma paciente em sala.
Situações de Emergência
A conduta em relação a algumas situações de emergência no ambiente da RM
difere de outros locais, pois existe sempre o risco presente do campo magnético do
equipamento. Duas situações são especialmente importantes em RM, a parada
cardiorrespiratória e o incêndio na sala de exames.
Parada Cardiorrespiratória
O atendimento a um paciente em parada cardiorrespiratória não deve ser feito
dentro da sala de exames. Se o paciente estiver realizando o exame ou estiver sob a
mesa de exames, a equipe deve estar treinada para retirar o paciente da maca e
remove-lo da sala de exames antes de iniciar o atendimento de parada. O risco de
alguma material ferromagnético ser utilizado neste atendimento (ex. carro de
parada) pode colocar em risco a vida do paciente e de todos aos seu redor.
Incêndio no Setor de RM
Na eventualidade de um incêndio atingir o setor e se aproximar da sala do magneto,
a equipe deve estar treinada para realizar o procedimento de desligamento do
campo magnético (procedimento de quenching) e evacuar o setor. É recomendável
que o setor possua extintores não ferromagnéticos para o combate a focos de
113
incêndio na sala do magneto, pois do contrario os cilindros convencionais
ferromagnéticos serão atraídos pelo campo podendo resultar em acidente com os
presentes na sala do magneto e quebra do equipamento de RM.
Figura 76. Botão de apagamento do campo magnético (botão de quenching) devidamente
sinalizado
Treinamento
Deve ser realizado treinamento anual por profissional capacitado para todos os
envolvidos com o setor de RM e os conteúdos devem abranger os tópicos relatados
acima. O treinamento deve ser repetido para colaboradores novos, especialmente
que irão atuar diretamente na sala de exames. Uma regra importante que pode ser
estabelecida em cada instituição é a de somente permitir que pessoas com
treinamento comprovado em segurança em RM entrem na sala do magneto. Esta
medida é especialmente importante se considerarmos as equipes de anestesia
(médicos anestesistas) e pessoal de higienização e manutenção. Estes profissionais
nem sempre atuam diretamente no setor e possuem rotatividade alta.
114
Controle de Qualidade em RM O Controle de Qualidade é uma série de procedimentos técnicos distintos que
garantem a geração de um produto satisfatório, isto é, imagens de alta qualidade
diagnóstica. Desta forma, abordaremos aqui algumas medidas simples que podem
ser adotadas em qualquer serviço de RM pelo pessoal técnico. Estas medidas não
demandam tempo elevado e não necessitam de material específico ou equipamento
mais elaborado.
Inspeção Visual
Uma planilha para inspeção visual diária a ser realizada pelo técnico de radiologia
ou pelo tecnólogo é muito importante para garantir que todos os itens necessários
para a realização do exame estão disponíveis e em conformidade. Esta inspeção
pode conter a verificação da temperatura do ar condicionado, sistema de criogenia,
condição das bobinas, baterias de equipamentos e materiais em geral. Esta
metodologia busca evitar surpresas e mantém controle sobre itens críticos. Pode ser
adotada no início do dia ou nas trocas de turnos.
Teste de Razão Sinal-Ruído (RSR) das Bobinas
O objetivo do teste de razão sinal-ruído (RSR) das bobinas é de avaliar ao longo do
tempo a constância nos valores medidos e agir antecipadamente a problemas
nestes acessórios. O sinal é definido como o valor médio do pixel dentro de uma
região de interesse (ROI). O ruído é definido como variações randômicas na
intensidade de sinal deste mesmo ROI. Imagens que contenham artefatos óbvios
não devem ser utilizadas para realizar o teste de sinal-ruído.
Os fatores que contribuem para variações na RSR incluem: calibração geral do
sistema (frequência de ressonância, ângulo de desvio etc), ganho, sintonia da
115
bobina, blindagem da RF, preenchimento da bobina, processamento da imagem e
parâmetros de aquisição. A periodicidade deve ser diária, mas não precisa envolver
mais do que uma bobina por equipamento. Alguns serviços adotam uma única
bobina (ex.: bobina de crânio) para a realização da RSR, porém a melhor estratégia
é alternar entre bobinas mais utilizadas, como a de crânio, joelho e coluna, com
bobinas menos utilizadas, como punho e tornozelo. Desta forma, ao longo do tempo,
todas as bobinas são avaliadas.
Salvo quando houver procedimento específico do fabricante que torne a medida
confiável, sensível a alterações e rápida para realização, pode-se adotar a
metodologia abaixo descrita e em conformidade com a literatura [0].
Procedimento
1) Posicionar a bobina no magneto e dentro de seu volume sensível, colocar
o dispositivo de teste apropriado (phantom do fabricante). O dispositivo
deve abranger pelo menos 80% do campo de visão;
2) Obter uma imagem ponderada em T1 (imagem 1) utilizando a sequência
de pulso Spin Eco e, imediatamente ao termino da primeira aquisição,
realizar uma segunda aquisição (imagem 2) igual a primeira. Este
procedimento pode ser repetido para cada plano de corte, porém, por
questões de tempo disponível, é recomendado utilizar o plano axial;
3) Através de software disponível no próprio equipamento ou em software
livres, realizar a subtração das imagens (imagem 1 – imagem 2), de forma
a obter uma terceira imagem que será representativa do ruído (imagem 3);
4) Uma região de interesse (ROI) deve ser posicionada na imagem 1 e na
imagem 2. Cada um das regiões deve incluir 75% da imagem. A média
entre os dois valores de intensidade de sinal dentro das regiões deve ser
calculada. Este valor é denominado de sinal (S).
5) Uma nova região de interesse que também inclua 75% da imagem 3 deve
ser posicionada. O desvio padrão medido e fornecido pelo equipamento é
chamado de ruído (R).
116
6) A razão sinal-ruído (RSR) pode então ser calculada através da seguinte
equação:
RSR = 2 ×
S
R
1) As medidas da razão sinal-ruído obtidas com o dispositivo de teste fornecido
pelo fabricante podem ser comparadas com valores padrão do próprio
fabricante, se estes valores estiverem disponíveis ou armazenadas em
planilha eletrônica para comparações diárias.
Verificação do Sistema de Refrigeração e Magneto
O sistema de refrigeração e o magneto devem ser verificados diariamente e os
dados
coletados
devem
ser
registrados
em
planilha.
Alguns
fabricantes
disponibilizam sistemas de controle automático de parâmetros como: temperatura no
sistema de refrigeração (fornecimento de água gelada), pressão da água gelada,
fluxo de água gelada, temperatura da sala de exames, temperaturas internas do
magneto, pressão do magneto e valor porcentual (%) do nível de hélio.
Testes Específicos
Muitos outros testes podem ser realizados nos equipamentos de RM e podem fazer
parte de um programa de garantia de qualidade mais amplo [0]. Também é dever do
fabricante após a instalação mecânica do equipamento e durante manutenções
realizar testes funcionais no equipamento.
Conclusão A imagem por ressonância magnética amplia cada vez mais suas aplicações para o
diagnóstico médico. Um aprofundamento nos conceitos físicos aqui apresentados é
necessário para o entendimento completo, uma vez que o caminho mais simples foi
adotado.
117
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