Imagem de ressonância magnética

Imagem por ressonância magnética (MRI) é uma técnica de imagem médica usada em radiologia para formar imagens da anatomia e dos processos fisiológicos do corpo. Os scanners de ressonância magnética usam fortes campos magnéticos, gradientes de campo magnético e ondas de rádio para gerar imagens dos órgãos do corpo. A ressonância magnética não envolve raios-X ou o uso de radiação ionizante, o que a distingue da tomografia computadorizada e da PET. MRI é uma aplicação médica de ressonância magnética nuclear (NMR) que também pode ser usada para geração de imagens em outras aplicações de NMR, como espectroscopia de NMR.

A ressonância magnética é amplamente utilizada em hospitais e clínicas para diagnóstico médico, estadiamento e acompanhamento de doenças. Em comparação com a TC, a RM fornece melhor contraste em imagens de tecidos moles, por ex. no cérebro ou no abdome. No entanto, pode ser percebido como menos confortável pelos pacientes, devido às medições geralmente mais longas e mais altas com o sujeito em um tubo longo e confinado, embora "Aberto" Os projetos de ressonância magnética geralmente aliviam isso. Além disso, implantes e outros metais não removíveis no corpo podem representar um risco e podem excluir alguns pacientes de se submeterem a um exame de ressonância magnética com segurança.

MRI foi originalmente chamada de NMRI (ressonância magnética nuclear), mas "nuclear" foi descartado para evitar associações negativas. Certos núcleos atômicos são capazes de absorver energia de radiofrequência quando colocados em um campo magnético externo; a polarização de rotação resultante resultante pode induzir um sinal de RF em uma bobina de radiofrequência e, assim, ser detectada. Na ressonância magnética clínica e de pesquisa, os átomos de hidrogênio são usados com mais frequência para gerar uma polarização macroscópica que é detectada por antenas próximas ao objeto examinado. Átomos de hidrogênio são naturalmente abundantes em humanos e outros organismos biológicos, particularmente em água e gordura. Por esse motivo, a maioria dos exames de ressonância magnética mapeia essencialmente a localização da água e da gordura no corpo. Pulsos de ondas de rádio excitam a transição de energia do spin nuclear e gradientes de campo magnético localizam a polarização no espaço. Ao variar os parâmetros da sequência de pulso, diferentes contrastes podem ser gerados entre os tecidos com base nas propriedades de relaxamento dos átomos de hidrogênio neles.

Desde seu desenvolvimento nas décadas de 1970 e 1980, a ressonância magnética provou ser uma técnica de imagem versátil. Embora a ressonância magnética seja usada com mais destaque na medicina diagnóstica e na pesquisa biomédica, ela também pode ser usada para formar imagens de objetos não vivos, como múmias. A ressonância magnética de difusão e a ressonância magnética funcional ampliam a utilidade da ressonância magnética para capturar tratos neuronais e fluxo sanguíneo, respectivamente, no sistema nervoso, além de imagens espaciais detalhadas. O aumento sustentado na demanda por ressonância magnética nos sistemas de saúde levou a preocupações sobre custo-efetividade e sobrediagnóstico.

Mecanismo

Construção e física

Esquema de construção de um scanner MR supercondutor cilíndrico

Na maioria das aplicações médicas, os núcleos de hidrogênio, que consistem apenas em um próton, que estão nos tecidos criam um sinal que é processado para formar uma imagem do corpo em termos de densidade desses núcleos em uma região específica. Dado que os prótons são afetados por campos de outros átomos aos quais estão ligados, é possível separar as respostas do hidrogênio em compostos específicos. Para realizar um estudo, a pessoa é posicionada dentro de um scanner de ressonância magnética que forma um forte campo magnético ao redor da área a ser visualizada. Primeiro, a energia de um campo magnético oscilante é temporariamente aplicada ao paciente na frequência de ressonância apropriada. A varredura com bobinas de gradiente X e Y faz com que uma região selecionada do paciente experimente o campo magnético exato necessário para que a energia seja absorvida. Os átomos são excitados por um pulso de radiofrequência (RF) e o sinal resultante é medido por uma bobina receptora. O sinal de RF pode ser processado para deduzir informações de posição observando as mudanças no nível e na fase de RF causadas pela variação do campo magnético local usando bobinas de gradiente. Como essas bobinas são trocadas rapidamente durante a excitação e a resposta para executar uma varredura de linha móvel, elas criam o ruído repetitivo característico de uma varredura de MRI, pois os enrolamentos se movem ligeiramente devido à magnetoestricção. O contraste entre diferentes tecidos é determinado pela taxa na qual os átomos excitados retornam ao estado de equilíbrio. Agentes de contraste exógenos podem ser administrados à pessoa para tornar a imagem mais nítida.

Os principais componentes de um scanner de ressonância magnética são o ímã principal, que polariza a amostra, as bobinas de calço para corrigir mudanças na homogeneidade do campo magnético principal, o sistema de gradiente que é usado para localizar a região a ser digitalizada e o Sistema de RF, que excita a amostra e detecta o sinal de NMR resultante. Todo o sistema é controlado por um ou mais computadores.

Uma unidade móvel de RM visitando o Centro de Saúde Glebefields, Tipton, Inglaterra

Gravação de áudio

Um breve extrato de uma sessão de digitalização de 20 minutos, gravada fora da unidade acima

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A ressonância magnética requer um campo magnético que seja forte e uniforme para algumas partes por milhão em todo o volume de varredura. A força do campo do ímã é medida em teslas - e enquanto a maioria dos sistemas opera em 1,5 T, os sistemas comerciais estão disponíveis entre 0,2 e 7 T. Os sistemas de ressonância magnética de corpo inteiro para aplicações de pesquisa operam, por exemplo, 9,4T, 10,5T, 11,7T. Sistemas de ressonância magnética de corpo inteiro de campo ainda mais alto, por ex. 14 T e além estão em propostas conceituais ou em projeto de engenharia. A maioria dos ímãs clínicos são ímãs supercondutores, que requerem hélio líquido para mantê-los em baixas temperaturas. Forças de campo mais baixas podem ser alcançadas com ímãs permanentes, que são frequentemente usados em campos "abertos" Scanners de ressonância magnética para pacientes claustrofóbicos. Intensidades de campo mais baixas também são usadas em um scanner de ressonância magnética portátil aprovado pelo FDA em 2020. Recentemente, a ressonância magnética também foi demonstrada em campos ultrabaixos, ou seja, na faixa de microtesla a millitesla, onde a qualidade de sinal suficiente é possibilitada por pré-polarização (na ordem de 10-100 mT) e medindo os campos de precessão de Larmor em cerca de 100 microtesla com dispositivos de interferência quântica supercondutores altamente sensíveis (SQUIDs).

T1 e T2

Efeitos de TR e TE no sinal MR

Exemplos de exames de RM ponderados em T1, ponderados em T2 e PD

Cada tecido retorna ao seu estado de equilíbrio após a excitação pelos processos de relaxamento independentes de T1 (spin-lattice; ou seja, magnetização na mesma direção do campo magnético estático) e T2 (spin-spin; transversal ao campo magnético estático campo). Para criar uma imagem ponderada em T1, a magnetização pode se recuperar antes de medir o sinal de RM, alterando o tempo de repetição (TR). Essa ponderação de imagem é útil para avaliar o córtex cerebral, identificar tecido adiposo, caracterizar lesões hepáticas focais e, em geral, obter informações morfológicas, bem como para imagens pós-contraste. Para criar uma imagem ponderada em T2, a magnetização pode decair antes de medir o sinal de RM alterando o tempo de eco (TE). Essa ponderação de imagem é útil para detectar edema e inflamação, revelando lesões na substância branca e avaliando a anatomia zonal na próstata e no útero.

A exibição padrão das imagens de ressonância magnética é para representar as características do fluido em imagens em preto e branco, onde diferentes tecidos aparecem da seguinte forma:

Diagnóstico

Uso por órgão ou sistema

Paciente posicionado para estudo de RM da cabeça e do abdômen

MRI tem uma ampla gama de aplicações em diagnóstico médico e estima-se que mais de 25.000 scanners estejam em uso em todo o mundo. A ressonância magnética afeta o diagnóstico e o tratamento em muitas especialidades, embora o efeito na melhoria dos resultados de saúde seja contestado em alguns casos.

A ressonância magnética é a investigação de escolha no estadiamento pré-operatório do câncer retal e de próstata e tem papel no diagnóstico, estadiamento e acompanhamento de outros tumores, bem como na determinação de áreas de tecido para amostragem em biobancos.

Neuroimagem

Imagem tensor de difusão de RM de tratos de matéria branca

A RM é a ferramenta investigativa de escolha para cânceres neurológicos em relação à TC, pois oferece melhor visualização da fossa craniana posterior, contendo o tronco encefálico e o cerebelo. O contraste fornecido entre a substância cinzenta e branca torna a ressonância magnética a melhor escolha para muitas condições do sistema nervoso central, incluindo doenças desmielinizantes, demência, doença cerebrovascular, doenças infecciosas, doença de Alzheimer e epilepsia. Como muitas imagens são tiradas com milissegundos de intervalo, elas mostram como o cérebro responde a diferentes estímulos, permitindo que os pesquisadores estudem as anormalidades cerebrais funcionais e estruturais em distúrbios psicológicos. A ressonância magnética também é usada em cirurgia estereotáxica guiada e radiocirurgia para tratamento de tumores intracranianos, malformações arteriovenosas e outras condições tratáveis cirurgicamente usando um dispositivo conhecido como localizador N. Novas ferramentas que implementam inteligência artificial na área da saúde demonstraram maior qualidade de imagem e análise morfométrica em neuroimagem com a aplicação de um sistema de redução de ruído.

O recorde para a maior resolução espacial de um cérebro inteiro intacto (pós-morte) é de 100 mícrons, do Hospital Geral de Massachusetts. Os dados foram publicados na NATURE em 30 de outubro de 2019.

Cardiovascular

Angiograma de RM em doença cardíaca congênita

A RM cardíaca é complementar a outras técnicas de imagem, como ecocardiografia, TC cardíaca e medicina nuclear. Pode ser usado para avaliar a estrutura e a função do coração. Suas aplicações incluem avaliação de isquemia miocárdica e viabilidade, cardiomiopatias, miocardite, sobrecarga de ferro, doenças vasculares e cardiopatias congênitas.

Musculoesquelético

As aplicações no sistema musculoesquelético incluem imagens da coluna vertebral, avaliação de doenças articulares e tumores de tecidos moles. Além disso, as técnicas de ressonância magnética podem ser usadas para diagnóstico por imagem de doenças musculares sistêmicas, incluindo doenças musculares genéticas.

O movimento de deglutição da garganta e do esôfago pode causar artefatos de movimento sobre a imagem da coluna vertebral. Portanto, um pulso de saturação aplicado nessa região da garganta e esôfago pode ajudar a evitar esse artefato. Artefatos de movimento decorrentes do bombeamento do coração podem ser reduzidos cronometrando o pulso de ressonância magnética de acordo com os ciclos cardíacos. Os artefatos de fluxo dos vasos sanguíneos podem ser reduzidos pela aplicação de pulsos de saturação acima e abaixo da região de interesse.

Fígado e gastrointestinal

A RM hepatobiliar é usada para detectar e caracterizar lesões do fígado, pâncreas e ductos biliares. Distúrbios focais ou difusos do fígado podem ser avaliados usando imagens de fase oposta ponderadas em difusão e sequências dinâmicas de realce de contraste. Agentes de contraste extracelulares são amplamente usados em ressonância magnética hepática, e agentes de contraste hepatobiliares mais recentes também oferecem a oportunidade de realizar imagens biliares funcionais. A imagem anatômica dos ductos biliares é obtida usando uma sequência fortemente ponderada em T2 na colangiopancreatografia por ressonância magnética (CPRM). A imagem funcional do pâncreas é realizada após a administração de secretina. A enterografia por RM fornece avaliação não invasiva da doença inflamatória intestinal e dos tumores do intestino delgado. A colonografia por RM pode desempenhar um papel na detecção de grandes pólipos em pacientes com risco aumentado de câncer colorretal.

Angiografia

Angiografia de ressonância magnética

A angiografia por ressonância magnética (ARM) gera imagens das artérias para avaliá-las quanto a estenose (estreitamento anormal) ou aneurismas (dilatações da parede dos vasos, com risco de ruptura). A ressonância magnética é frequentemente usada para avaliar as artérias do pescoço e do cérebro, a aorta torácica e abdominal, as artérias renais e as pernas (chamado de "desvio"). Uma variedade de técnicas pode ser usada para gerar as imagens, como a administração de um agente de contraste paramagnético (gadolínio) ou o uso de uma técnica conhecida como "realce relacionado ao fluxo" (por exemplo, sequências de tempo de voo 2D e 3D), onde a maior parte do sinal em uma imagem é devido ao sangue que se moveu recentemente para esse plano (consulte também FLASH MRI).

Técnicas envolvendo acumulação de fase (conhecida como angiografia de contraste de fase) também podem ser usadas para gerar mapas de velocidade de fluxo com facilidade e precisão. A venografia por ressonância magnética (MRV) é um procedimento semelhante usado para imagens de veias. Nesse método, o tecido agora é excitado inferiormente, enquanto o sinal é coletado no plano imediatamente superior ao plano de excitação — assim, a imagem do sangue venoso que se moveu recentemente do plano excitado.

Agentes de contraste

A ressonância magnética para imagens de estruturas anatômicas ou fluxo sanguíneo não requer agentes de contraste, pois as propriedades variáveis dos tecidos ou do sangue fornecem contrastes naturais. No entanto, para tipos mais específicos de imagem, agentes de contraste exógenos podem ser administrados por via intravenosa, oral ou intra-articular. A maioria dos agentes de contraste são paramagnéticos (por exemplo: gadolínio, manganês, európio) e são usados para encurtar T1 no tecido em que se acumulam ou superparamagnéticos (SPIONs) e são usados para encurtar T2 e T2* em tecido saudável, reduzindo sua intensidade de sinal (agentes de contraste negativos). Os agentes de contraste intravenosos mais comumente usados são baseados em quelatos de gadolínio, que é altamente paramagnético. Em geral, esses agentes se mostraram mais seguros do que os agentes de contraste iodados usados em radiografias ou TC. As reações anafilactóides são raras, ocorrendo em aprox. 0,03–0,1%. De particular interesse é a menor incidência de nefrotoxicidade, em comparação com agentes iodados, quando administrados em doses usuais - isso tornou a ressonância magnética com contraste uma opção para pacientes com insuficiência renal, que de outra forma não seriam capazes de se submeter à TC com contraste.

Reagentes de contraste à base de gadolínio são tipicamente complexos octadentados de gadolínio(III). O complexo é muito estável (log K > 20) de modo que, em uso, a concentração dos íons Gd³⁺ não complexados deve estar abaixo do limite de toxicidade. O 9º lugar na esfera de coordenação do íon metálico é ocupado por uma molécula de água que troca rapidamente com moléculas de água no ambiente imediato da molécula reagente, afetando o tempo de relaxação da ressonância magnética. Para obter detalhes, consulte Agente de contraste para ressonância magnética.

Em dezembro de 2017, a Food and Drug Administration (FDA) nos Estados Unidos anunciou em uma comunicação de segurança de medicamentos que novos avisos deveriam ser incluídos em todos os agentes de contraste à base de gadolínio (GBCAs). A FDA também pediu uma maior educação do paciente e exigiu que os fornecedores de contraste de gadolínio conduzissem estudos clínicos e em animais adicionais para avaliar a segurança desses agentes. Embora os agentes de gadolínio tenham se mostrado úteis para pacientes com insuficiência renal, em pacientes com insuficiência renal grave que requerem diálise existe o risco de uma doença rara, mas grave, fibrose sistêmica nefrogênica, que pode estar ligada ao uso de certos agentes contendo gadolínio. O mais frequentemente associado é a gadodiamida, mas outros agentes também foram associados. Embora um nexo causal não tenha sido definitivamente estabelecido, as diretrizes atuais nos Estados Unidos são de que os pacientes em diálise devem receber agentes de gadolínio apenas quando necessário e que a diálise deve ser realizada o mais rápido possível após o exame para remover o agente do corpo imediatamente.

Na Europa, onde estão disponíveis mais agentes contendo gadolínio, foi lançada uma classificação de agentes de acordo com os riscos potenciais. Em 2008, um novo agente de contraste denominado gadoxetato, de nome comercial Eovist (EUA) ou Primovist (UE), foi aprovado para uso diagnóstico: tem o benefício teórico de uma dupla via de excreção.

Sequências

Uma sequência de ressonância magnética é uma configuração específica de pulsos e gradientes de radiofrequência, resultando em uma aparência de imagem específica. As ponderações T1 e T2 também podem ser descritas como sequências de ressonância magnética.

Tabela de visão geral

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Esta tabela não inclui sequências incomuns e experimentais.

Grupo	Sequência	Abbr.	Física	Principais distinções clínicas	Exemplo
eco de rotação	T1 ponderado	T1	Medindo relaxamento spin-lattice usando um curto tempo de repetição (TR) e tempo de eco (TE).	Sinal inferior para mais conteúdo de água, como em edema, tumor, infarto, inflamação, infecção, hemorragia hiperaguda ou crônica. Alto sinal para a gordura Alto sinal para substâncias paramagnéticas, como agentes de contraste de RM Fundação padrão e comparação para outras sequências
	T2 ponderado	T2	Medindo relaxamento spin-spin usando tempos longos TR e TE	Sinal superior para mais conteúdo de água Baixo sinal de gordura − Note que isso só se aplica às sequências padrão Spin Echo (SE) e não à sequência Fast Spin Echo (FSE) mais moderna (também conhecida como Turbo Spin Echo, TSE), que é a técnica mais utilizada hoje. Em FSE / TSE, a gordura terá um sinal alto. Baixo sinal para substâncias paramagnéticas Fundação padrão e comparação para outras sequências
	Densidade de próton ponderada	PD	TR longo (para reduzir T1) e TE curto (para minimizar T2).	Doença e lesão conjuntas. Alto sinal de lágrimas de menisco. (foto)
Echo gradual (GRE)	Precessão livre de estado firme	SSFP	Manutenção de uma magnetização transversal constante e residual ao longo de ciclos sucessivos.	Criação de vídeos de RM cardíaca (foto).
	Eficaz T2 ou "T2-star"	T2*	Echo lembrado de gradiente Spoiled (GRE) com um longo tempo de eco e pequeno ângulo flip	Baixo sinal de depósitos de hemosiderin (foto) e hemorragias.
	Susceptibilidade ponderada	SWI	Echo lembrado de gradiente esponjado (GRE), fluxo totalmente compensado, tempo de eco longo, combina imagem de fase com imagem de magnitude	Detectando pequenas quantidades de hemorragia (diffuse axonal injury pictured) ou cálcio.
Recuperação de inversão	Curta recuperação de inversão tau	ESTA	Supressão de gordura, estabelecendo um tempo de inversão onde o sinal de gordura é zero.	Alto sinal no edema, como na fratura de tensão mais severa. Shin splints fotografado:
	Recuperação de inversão atenuada por fluido	FLAIR	Supressão fluida, estabelecendo um tempo de inversão que nulls fluidos	Sinal alto em infarto lacunar, esclerose múltipla (MS) placas, hemorragia subaracnoide e meningite (foto).
	Recuperação de inversão dupla	DIR	Supressão simultânea de fluido cerebrospinal e matéria branca por dois tempos de inversão.	Alto sinal de placas de esclerose múltipla (foto).
Difusão ponderada (DWI)	Convencional	DWI	Medida de movimento browniano de moléculas de água.	Alto sinal dentro de minutos de infarto cerebral (foto).
	Coeficiente de difusão aparente	ADC	Reduzido ponderação T2 tomando múltiplas imagens DWI convencionais com diferentes ponderação DWI, e a mudança corresponde à difusão.	Baixo sinal minutos após infarto cerebral (foto).
	Tensor de difusão	DTI	Principalmente a área (foto) por um movimento global maior browniano de moléculas de água nas direções de fibras nervosas.	Avaliação da deformação da matéria branca por tumores A anisotropia fracionada reduzida pode indicar demência.
Perfusão ponderada (PWI)	contraste de susceptibilidade dinâmica	DSC	Mede mudanças ao longo do tempo na perda de sinal induzida pela susceptibilidade devido à injeção de contraste de gadolínio.	Fornece medidas de fluxo sanguíneo Em infarto cerebral, o núcleo infarto e a penumbra diminuíram a perfusão e a chegada de contraste tardia (foto).
	Rotulagem da coluna	ASL	Rotulagem magnética de sangue arterial abaixo da laje de imagem, que posteriormente entra na região de interesse. Não precisa de contraste de gadolínio.
	contraste dinâmico aprimorado	D.	Mede mudanças ao longo do tempo no encurtamento do relaxamento da coluna vertebral (T1) induzido por um bolus de contraste de gadolínio.	Mais rápido. O aumento de contraste Gd junto com outras características é sugestivo de malignidade (foto).
RM funcional (FRM)	Imagem dependente de nível de oxigênio	BOLD	Mudanças no magnetismo dependente de saturação de oxigênio da hemoglobina reflete a atividade do tecido.	Localizando a atividade cerebral de realizar uma tarefa designada (por exemplo, falando, movendo os dedos) antes da cirurgia, também usado na pesquisa de cognição.
Ressonância magnética (MRA) e venografia	Tempo de voo	TOF	O sangue que entra na área de imagem ainda não é saturado magneticamente, dando-lhe um sinal muito maior ao usar tempo de eco curto e compensação de fluxo.	Detecção de aneurisma, estenose ou dissecção
	Ressonância magnética de contraste de fase	PC-MRA	Dois gradientes com magnitude igual, mas direção oposta, são usados para codificar uma mudança de fase, que é proporcional à velocidade de rotação.	Detecção de aneurisma, estenose ou dissecção (foto).	(VIPR)

Outras configurações especializadas

Espectroscopia de ressonância magnética

A espectroscopia de ressonância magnética (MRS) é usada para medir os níveis de diferentes metabólitos nos tecidos do corpo, o que pode ser obtido por meio de uma variedade de voxels únicos ou técnicas baseadas em imagens. O sinal MR produz um espectro de ressonâncias que corresponde a diferentes arranjos moleculares do isótopo sendo "excitado". Essa assinatura é usada para diagnosticar certos distúrbios metabólicos, especialmente aqueles que afetam o cérebro, e para fornecer informações sobre o metabolismo do tumor.

A imagem espectroscópica por ressonância magnética (MRSI) combina métodos espectroscópicos e de imagem para produzir espectros localizados espacialmente de dentro da amostra ou paciente. A resolução espacial é muito menor (limitada pelo SNR disponível), mas os espectros em cada voxel contêm informações sobre muitos metabólitos. Como o sinal disponível é usado para codificar informações espaciais e espectrais, o MRSI requer alto SNR alcançável apenas em intensidades de campo mais altas (3 T e acima). Os altos custos de aquisição e manutenção da ressonância magnética com forças de campo extremamente altas inibem sua popularidade. No entanto, algoritmos recentes de software baseados em detecção compactada (por exemplo, SAMV) foram propostos para alcançar super-resolução sem exigir tais intensidades de campo elevadas.

RM em tempo real

Ressonância magnética em tempo real refere-se à imagem contínua de objetos em movimento (como o coração) em tempo real. Uma das muitas estratégias diferentes desenvolvidas desde o início dos anos 2000 é baseada em FLASH MRI radial e reconstrução iterativa. Isso fornece uma resolução temporal de 20 a 30 ms para imagens com uma resolução no plano de 1,5 a 2,0 mm. A imagem de precessão livre em estado estacionário balanceado (bSSFP) tem um contraste de imagem melhor entre o pool de sangue e o miocárdio do que o FLASH MRI, mas produzirá artefatos de bandas graves quando a heterogeneidade B0 for forte. É provável que a ressonância magnética em tempo real adicione informações importantes sobre doenças do coração e das articulações e, em muitos casos, pode tornar os exames de ressonância magnética mais fáceis e confortáveis para os pacientes, especialmente para os pacientes que não conseguem prender a respiração ou que têm arritmia.

RM intervencionista

A ausência de efeitos nocivos no paciente e no operador torna a ressonância magnética adequada para radiologia intervencionista, onde as imagens produzidas por um scanner de ressonância magnética guiam procedimentos minimamente invasivos. Tais procedimentos não usam instrumentos ferromagnéticos.

Um subconjunto crescente especializado de ressonância magnética intervencionista é a ressonância magnética intraoperatória, na qual uma ressonância magnética é usada na cirurgia. Alguns sistemas especializados de ressonância magnética permitem imagens simultâneas ao procedimento cirúrgico. Mais tipicamente, o procedimento cirúrgico é temporariamente interrompido para que a ressonância magnética possa avaliar o sucesso do procedimento ou orientar o trabalho cirúrgico subsequente.

Ultrassom focalizado guiado por ressonância magnética

Na terapia guiada, os feixes de ultrassom focado de alta intensidade (HIFU) são focados em um tecido, que são controlados usando imagens térmicas de RM. Devido à alta energia no foco, a temperatura sobe acima de 65 °C (150 °F), o que destrói completamente o tecido. Esta tecnologia pode alcançar a ablação precisa do tecido doente. A imagem de ressonância magnética fornece uma visão tridimensional do tecido alvo, permitindo o foco preciso da energia do ultrassom. A imagem de RM fornece imagens térmicas quantitativas e em tempo real da área tratada. Isso permite ao médico garantir que a temperatura gerada durante cada ciclo de energia do ultrassom seja suficiente para causar a ablação térmica no tecido desejado e, caso contrário, adaptar os parâmetros para garantir um tratamento eficaz.

Imagem multinuclear

O hidrogênio tem o núcleo mais frequentemente visualizado na ressonância magnética porque está presente em tecidos biológicos em grande abundância e porque sua alta taxa giromagnética fornece um sinal forte. No entanto, qualquer núcleo com um spin nuclear líquido poderia potencialmente ser visualizado com MRI. Esses núcleos incluem hélio-3, lítio-7, carbono-13, flúor-19, oxigênio-17, sódio-23, fósforo-31 e xenônio-129. ²³Na e ³¹P são naturalmente abundantes no corpo, portanto podem ser visualizadas diretamente. Isótopos gasosos como ³He ou ¹²⁹Xe devem ser hiperpolarizados e depois inalados, pois sua densidade nuclear é muito baixa para produzir um sinal útil em condições normais. 17O e ¹⁹F podem ser administrados em quantidades suficientes na forma líquida (por exemplo, 17O-água) para que a hiperpolarização não seja uma necessidade. O uso de hélio ou xenônio tem a vantagem de reduzir o ruído de fundo e, portanto, aumentar o contraste da própria imagem, porque esses elementos normalmente não estão presentes nos tecidos biológicos.

Além disso, o núcleo de qualquer átomo que tenha um spin nuclear líquido e que esteja ligado a um átomo de hidrogênio poderia potencialmente ser visualizado por meio de ressonância magnética de transferência de magnetização heteronuclear que geraria a imagem do núcleo de hidrogênio de alta razão giromagnética em vez do núcleo de baixa giromagnética -ratio núcleo que está ligado ao átomo de hidrogênio. Em princípio, a ressonância magnética de transferência de magnetização heteronuclear pode ser usada para detectar a presença ou ausência de ligações químicas específicas.

Atualmente, a imagem multinuclear é principalmente uma técnica de pesquisa. No entanto, as aplicações potenciais incluem imagens funcionais e imagens de órgãos mal vistos em ¹H MRI (por exemplo, pulmões e ossos) ou como agentes de contraste alternativos. Inalado hiperpolarizado ³Ele pode ser usado para visualizar a distribuição dos espaços de ar dentro dos pulmões. Soluções injetáveis contendo ¹³C ou bolhas estabilizadas de ¹²⁹Xe hiperpolarizado têm sido estudadas como agentes de contraste para angiografia e imagem de perfusão. ³¹P pode potencialmente fornecer informações sobre densidade e estrutura óssea, bem como imagens funcionais do cérebro. A imagem multinuclear tem o potencial de mapear a distribuição do lítio no cérebro humano, esse elemento encontrando uso como uma droga importante para aqueles com condições como o transtorno bipolar.

Imagem molecular por ressonância magnética

A ressonância magnética tem as vantagens de ter uma resolução espacial muito alta e é muito adequada para imagens morfológicas e imagens funcionais. A ressonância magnética tem várias desvantagens. Primeiro, a ressonância magnética tem uma sensibilidade de cerca de 10⁻³ mol/L a 10⁻⁵ mol/L, o que, em comparação com outros tipos de imagem, pode ser muito limitante. Este problema decorre do fato de que a diferença de população entre os estados de spin nuclear é muito pequena à temperatura ambiente. Por exemplo, em 1,5 teslas, uma intensidade de campo típica para ressonância magnética clínica, a diferença entre os estados de alta e baixa energia é de aproximadamente 9 moléculas por 2 milhões. As melhorias para aumentar a sensibilidade de RM incluem o aumento da força do campo magnético e a hiperpolarização por meio de bombeamento óptico ou polarização nuclear dinâmica. Há também uma variedade de esquemas de amplificação de sinal baseados em troca química que aumentam a sensibilidade.

Para obter imagens moleculares de biomarcadores de doenças usando ressonância magnética, são necessários agentes de contraste de ressonância magnética direcionados com alta especificidade e alta relaxividade (sensibilidade). Até o momento, muitos estudos foram dedicados ao desenvolvimento de agentes de contraste de ressonância magnética direcionados para obter imagens moleculares por ressonância magnética. Comumente, peptídeos, anticorpos ou pequenos ligantes e pequenos domínios de proteínas, como afficorpos HER-2, foram aplicados para atingir o direcionamento. Para aumentar a sensibilidade dos agentes de contraste, essas porções de direcionamento são geralmente ligadas a agentes de contraste MRI de alta carga útil ou agentes de contraste MRI com alta relaxividade. Uma nova classe de agentes de contraste de RM direcionados a genes foi introduzida para mostrar a ação gênica de mRNA único e proteínas do fator de transcrição gênica. Esses novos agentes de contraste podem rastrear células com mRNA, microRNA e vírus únicos; resposta tecidual à inflamação em cérebros vivos. A RM relata alteração na expressão gênica com correlação positiva com análise TaqMan, microscopia óptica e eletrônica.

RM paralela

Leva tempo para coletar dados de ressonância magnética usando aplicações sequenciais de gradientes de campo magnético. Mesmo para as sequências de ressonância magnética mais simplificadas, existem limites físicos e fisiológicos para a taxa de mudança de gradiente. A ressonância magnética paralela contorna esses limites reunindo alguma parte dos dados simultaneamente, em vez de uma forma sequencial tradicional. Isso é feito usando matrizes de bobinas detectoras de radiofrequência (RF), cada uma com uma 'visualização' do corpo. Um conjunto reduzido de etapas de gradiente é aplicado e as informações espaciais restantes são preenchidas pela combinação de sinais de várias bobinas, com base em seus padrões de sensibilidade espacial conhecidos. A aceleração resultante é limitada pelo número de bobinas e pela relação sinal-ruído (que diminui com o aumento da aceleração), mas acelerações de duas a quatro vezes podem ser comumente alcançadas com configurações adequadas de arranjo de bobinas, e acelerações substancialmente mais altas foram demonstradas com matrizes de bobinas especializadas. A ressonância magnética paralela pode ser usada com a maioria das sequências de ressonância magnética.

Depois que várias sugestões iniciais para o uso de matrizes de detectores para acelerar a geração de imagens não foram notadas no campo da ressonância magnética, a geração de imagens paralelas teve amplo desenvolvimento e aplicação após a introdução da técnica SiMultaneous Acquisition of Spatial Harmonics (SMASH) em 1996–7. As técnicas SENSitivity Encoding (SENSE) e Generalized Autocalibrating Parcialmente Parallel Acquisitions (GRAPPA) são os métodos de imagem paralela mais usados atualmente. O advento da ressonância magnética paralela resultou em extensa pesquisa e desenvolvimento em reconstrução de imagem e design de bobina de RF, bem como em uma rápida expansão do número de canais receptores disponíveis em sistemas comerciais de ressonância magnética. A ressonância magnética paralela agora é usada rotineiramente para exames de ressonância magnética em uma ampla gama de áreas do corpo e aplicações clínicas ou de pesquisa.

RM quantitativa

A maioria das ressonâncias magnéticas se concentra na interpretação qualitativa dos dados de ressonância magnética, adquirindo mapas espaciais de variações relativas na intensidade do sinal que são "ponderadas" por certos parâmetros. Em vez disso, os métodos quantitativos tentam determinar mapas espaciais de valores precisos de parâmetros de relaxometria de tecido ou campo magnético, ou para medir o tamanho de certas características espaciais.

Exemplos de métodos quantitativos de ressonância magnética são:

• T1-mapping (notavelmente usado em ressonância magnética cardíaca)
• T2-mapping
• Mapeamento de susceptibilidade quantitativa (QSM)
• Fluxo de fluido quantitativo MRI (ou seja, alguns fluxo de fluido cerebrospinal MRI)
• Ressonância magnética elastografia (MRE)

A ressonância magnética quantitativa visa aumentar a reprodutibilidade das imagens e interpretações de ressonância magnética, mas historicamente requer tempos de varredura mais longos.

Ressonância magnética quantitativa (ou qMRI) às vezes refere-se mais especificamente à ressonância magnética quantitativa multiparamétrica, o mapeamento de vários parâmetros de relaxometria de tecido em uma única sessão de imagem. Os esforços para tornar a ressonância magnética quantitativa multiparamétrica mais rápida produziram sequências que mapeiam vários parâmetros simultaneamente, seja construindo métodos de codificação separados para cada parâmetro na sequência, ou ajustando a evolução do sinal de RM a um modelo multiparâmetro.

MRI de gás hiperpolarizado

A ressonância magnética tradicional gera imagens ruins do tecido pulmonar porque há menos moléculas de água com prótons que podem ser excitadas pelo campo magnético. Usando gás hiperpolarizado, uma ressonância magnética pode identificar defeitos de ventilação nos pulmões. Antes da varredura, um paciente é solicitado a inalar xenônio hiperpolarizado misturado com um gás tampão de hélio ou nitrogênio. As imagens pulmonares resultantes são de qualidade muito maior do que com a ressonância magnética tradicional.

Segurança

A ressonância magnética é, em geral, uma técnica segura, embora possam ocorrer lesões como resultado de falhas nos procedimentos de segurança ou erro humano. As contraindicações para ressonância magnética incluem a maioria dos implantes cocleares e marcapassos cardíacos, estilhaços e corpos estranhos metálicos nos olhos. A ressonância magnética na gravidez parece ser segura, pelo menos durante o segundo e terceiro trimestres, se realizada sem agentes de contraste. Como a RM não usa nenhuma radiação ionizante, seu uso é geralmente preferido em relação à TC quando qualquer uma das modalidades pode fornecer a mesma informação. Alguns pacientes apresentam claustrofobia e podem exigir sedação ou protocolos de ressonância magnética mais curtos. A amplitude e a troca rápida de bobinas de gradiente durante a aquisição da imagem podem causar estimulação do nervo periférico.

A ressonância magnética usa ímãs poderosos e, portanto, pode fazer com que materiais magnéticos se movam em grandes velocidades, apresentando risco de projéteis e podendo causar acidentes fatais. No entanto, como milhões de ressonâncias magnéticas são realizadas globalmente a cada ano, as fatalidades são extremamente raras.

As máquinas de ressonância magnética podem produzir ruído alto, de até 120 dB(A). Isso pode causar perda auditiva e zumbido, portanto, proteção auditiva adequada é essencial para qualquer pessoa dentro da sala do scanner de ressonância magnética durante o exame.

Uso excessivo

As sociedades médicas emitem diretrizes sobre quando os médicos devem usar a ressonância magnética em pacientes e recomendam contra o uso excessivo. A ressonância magnética pode detectar problemas de saúde ou confirmar um diagnóstico, mas as sociedades médicas geralmente recomendam que a ressonância magnética não seja o primeiro procedimento para criar um plano para diagnosticar ou gerenciar a queixa de um paciente. Um caso comum é usar ressonância magnética para procurar uma causa de dor lombar; o American College of Physicians, por exemplo, desaconselha esse procedimento por ser improvável que resulte em um resultado positivo para o paciente.

Artefatos

Artefato de movimento (T1 estudo coronal de vértebra cervical)

Um artefato de ressonância magnética é um artefato visual, ou seja, uma anomalia durante a representação visual. Muitos artefatos diferentes podem ocorrer durante a ressonância magnética (MRI), alguns afetando a qualidade do diagnóstico, enquanto outros podem ser confundidos com patologia. Os artefatos podem ser classificados como relacionados ao paciente, dependentes do processamento de sinais e relacionados ao hardware (máquina).

Uso não médico

MRI é usado industrialmente principalmente para análise de rotina de produtos químicos. A técnica de ressonância magnética nuclear também é utilizada, por exemplo, para medir a proporção entre água e gordura em alimentos, monitorar o fluxo de fluidos corrosivos em tubulações ou estudar estruturas moleculares como catalisadores.

Sendo não invasiva e não prejudicial, a ressonância magnética pode ser usada para estudar a anatomia das plantas, seus processos de transporte de água e balanço hídrico. Também é aplicado à radiologia veterinária para fins de diagnóstico. Fora disso, seu uso em zoologia é limitado devido ao alto custo; mas pode ser usado em muitas espécies.

Na paleontologia é usado para examinar a estrutura dos fósseis.

A imagem forense fornece documentação gráfica de uma autópsia, o que a autópsia manual não oferece. A tomografia computadorizada fornece imagens rápidas de todo o corpo de alterações esqueléticas e parenquimatosas, enquanto a ressonância magnética fornece uma melhor representação da patologia dos tecidos moles. Mas a ressonância magnética é mais cara e mais demorada para utilizar. Além disso, a qualidade da imagem de RM se deteriora abaixo de 10°C.

História

Em 1971, na Stony Brook University, Paul Lauterbur aplicou gradientes de campo magnético em todas as três dimensões e uma técnica de retroprojeção para criar imagens NMR. Publicou as primeiras imagens de dois tubos de água em 1973 na revista Nature, seguindo-se a fotografia de um animal vivo, uma amêijoa, e em 1974 a imagem da cavidade torácica de um rato. Lauterbur chamou seu método de imagem de zeugmatografia, um termo que foi substituído por imagem de (N) RM. No final dos anos 1970, os físicos Peter Mansfield e Paul Lauterbur desenvolveram técnicas relacionadas à ressonância magnética, como a técnica de imagem ecoplanar (EPI).

Os avanços na tecnologia de semicondutores foram cruciais para o desenvolvimento da ressonância magnética prática, que requer uma grande quantidade de poder computacional. Isso foi possível graças ao número crescente de transistores em um único chip de circuito integrado. Mansfield e Lauterbur receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2003 por suas "descobertas sobre ressonância magnética".