Princípios
físicos da Ressonância Magnética (RM)
Dra. Maria García Otaduy
Profa. Dra. Claudia da Costa Leite
Na técnica de Ressonância Magnética
(RM) aplicada à medicina trabalha-se principalmente com as propriedades
magnéticas do núcleo de hidrogênio (1H), que é o menor núcleo que
existe e consta de um próton. O próton tem carga positiva, e devido ao
movimento giratório deste em torno do seu próprio eixo, gera-se um pequeno
campo magnético, isto é, para cada próton temos também o que chamamos de um spin
magnético. Como descrito acima, a imagem de ressonância magnética baseia-se no
sinal proporcionado pelo núcleo de hidrogênio 1H, por duas razões: o
sinal magnético do núcleo do 1H é bem superior ao de outros núcleos
magnéticos, e, o hidrogênio é o átomo mais abundante no corpo humano,
principalmente devido à concentração da água. No corpo humano temos milhões e
milhões de prótons. Quando os prótons não se encontram sob a influência de
nenhum campo magnético exterior, o spin magnético de cada um deles esta apontando
para uma direção diferente, de maneira que a soma vetorial de todos eles é
igual a zero. Fala-se que a magnetização total Mtot é igual a zero
(Mtot =0).
Para podermos obter um sinal de RM
precisamos colocar o paciente a ser examinado dentro de um campo magnético
alto, o qual pode variar de 0.2 a 3.0 T (1 T = 104 Gauss) dependendo
do aparelho. Este campo magnético, chamado de campo magnético externo B0,
é gerado pela corrente elétrica circulando por um supercondutor que precisa ser
continuamente refrigerado ate uma
temperatura de 4K (Kelvin), por meio de hélio líquido, a fim de manter as
características supercondutoras do magneto. O campo magnético é maior e mais
homogêneo no centro do magneto, onde o paciente será posicionado, mas não
devemos esquecer que também existe um campo magnético em volta do magneto, o
suficientemente forte para causar estragos se algum objeto metálico ficar por
perto.
Após o paciente ser posicionado no
centro do magneto, os spins começam a “sentir” o efeito do campo magnético
externo B0 e orientam-se em paralelo ou anti-paralelo ao B0.
Só existem estas duas possibilidades e cada uma destas orientações corresponde
a um nível energético diferente. Para os spins poderem ficar em anti-paralelo
ao B0 eles precisam de um pouco mais de energia. Por isso, no estado
de equilíbrio, temos um pequeno excesso de spins em paralelo ao B0.
O resultado é que a soma vetorial de todos os spins já não é zero: temos uma
magnetização total (Mtot) em paralelo ao B0. O B0
tem um efeito a mais sobre os spins. Eles começam a fazer um movimento de
precessão em torno do B0, com uma freqüência determinada, a
freqüência de Larmor wL,
a qual é proporcional ao B0 e à constante giromagnética g
de cada núcleo (wL=-gB0),
isto é, cada núcleo tem uma wL
característica. A wL do hidrogênio num
B0 de 1.5 T é de aprox. 63 MHz, isto é, o spin dá 63 milhões de
voltas em torno do B0 por segundo.
Embora tenhamos já uma magnetização
diferente de zero, esta ainda não pode ser medida, para isso precisamos
deslocar a magnetização para um eixo perpendicular ao B0, o qual
chamamos de eixo transversal. Para passar a magnetização do eixo longitudinal
ao transversal precisamos de emitir uma onda eletromagnética da mesma
freqüência que wL,
o que chamamos de onda de radiofreqüência (rf) com campo magnético de B1
(que corresponde à amplitude da onda) e perpendicular ao B0. Como a
freqüência do B1 corresponde a wL temos o que se
descreve classicamente como efeito de ressonância, no qual o B0 é
cancelado e a magnetização passa a “sentir” só o efeito do B1, e com
isso, passa a fazer um movimento de precessão em torno de B1, no
eixo transversal, sem deixar de girar em torno de B0 com a
freqüência de Larmor.
Uma vez a magnetização estando sobre o
eixo transversal a onda de rf é desligada e podemos começar medir a
magnetização com o receptor no eixo transversal. O que nosso receptor registra
é uma voltagem induzida pelo movimento de precessão da magnetização transversal
em torno ao B0, que oscila com wL e cuja amplitude
vai diminuindo exponencialmente. Este sinal é o que se chama de “Free Induction
Decay” (FID) ou Decaimento de Indução Livre (DIL). A amplitude do FID diminui
com o tempo por causa do processo de relaxamento, que é o mecanismo pelo qual a
magnetização vai voltar lentamente ao estado inicial de equilíbrio. Na
realidade, a rapidez com que o conjunto de spins volta ao estado de equilíbrio
depende do tipo de tecido ao que eles pertençam. Lembremos que no estado de
equilíbrio o vetor de magnetização total está apontando na direção z do campo
magnético externo B0 (Mz=Mtot) e não há nenhum
componente de magnetização transversal (Mxy=0). No processo de
relaxamento distinguimos dois tipos de relaxamento: relaxamento longitudinal (Mz®Mtot)
e relaxamento transversal (Mxy®0), os quais são descritos pelas
constantes de tempo T1 e T2, respectivamente. Quanto mais longo o T1 e o T2
mais tempo demora o processo de relaxamento. T2 é sempre menor (ou igual) a T1,
isto é, a magnetização transversal decresce mais rapidamente do que a
magnetização longitudinal demora para voltar ao valor inicial. O valor de T1 e
T2 depende da intensidade das interações entre os spins magnéticos e da
freqüência com que estas interações estão sendo moduladas. Pode se falar que T1
e T2 dependem das propriedades moleculares de cada tecido, e assim podemos
diferenciar a gordura, a substância branca, a substância cinzenta, o edema ou o
liquor através de seus diferentes tempos de relaxamento, já que T1 e T2
aumentam nesta ordem.
Na hora de registrar o “FID” nós
podemos escolher certos parâmetros que vão determinar se o contraste da imagem
final vai ser ponderado em T1, T2 ou densidade de prótons (DP). Na imagem T1
tecidos com T1 longo aparecem com hipossinal e tecidos com T1 curto com
hipersinal. Na imagem pesada em T2 tecidos com T2 curto aparecem com hipossinal
e tecidos com T2 longo aparecem com hipersinal. Na imagem ponderada em DP, o
contraste T1 e T2 é minimizado de tal maneira que o contraste final da imagem
representa a densidade de prótons no tecido. Por isso, em lugares onde temos
acumulação de água (por exemplo, em edemas) podemos observar hipersinal na
imagem pesada em DP. Na RM trabalhamos também com contrastes externos
intravenosos. Trata-se de contrastes paramagnéticos, em geral derivados de
gadolíneo, cuja função é diminuir os tempos de relaxação dos tecidos com os
quais entram em contato. Os életrons do gadolíneo podem interagir intensamente
com os spins magnéticos dos nossos prótons, fazendo com que estes relaxem
rapidamente, ou seja, diminuímos o T1 e T2 dos nossos tecidos. Por isso, se
obtemos imagens pesadas em T1 após injeção do contraste, podemos observar
hipersinal nas regiões onde chega o contraste paramagnético, por exemplo no
cérebro, nas regiões onde temos quebra de barreira hemato-encefálica.
A seguir podemos observar exemplos de
imagens pesadas em T2, T1, DP e imagens T1 após a injeção de contraste
paramagnético.
T2 T1 DP
Além
destas imagens morfológicas através da técnica de Ressonância Magnética (RM)
também podem se obter imagens pesadas em fluxo (angiografias), difusão, perfusão ou imagens funcionais (através das
quais pode se estudar a ativação cerebral). Outra aplicação da RM é a
espectroscopia que representa um análise bioquímica do tecido “in vivo".