Ressonância Magnética Nuclear - Horizon (Lisboa)

A Horizon é uma revista criada pelos alunos do Departamento de Física (DF) da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL). Trata-se da primeira edição da revista que é bastante abrangente, com temas que despertam a atenção também da área médica, e traz textos também para leigos. Semanalmente vocês poderão acompanhar aqui no blog um artigo da revista, e nesta semana, apresentamos o artigo da aluna de Mestrado Integrado de Engenharia Biomédica e Biofísica da FCUL, Andreia Gaspar. Para ler toda a revista, basta clicar aqui. No site há links para contato e redes sociais. Vale a pena conferir! 

Capa da edição do verão 2013 da revista.

Ressonância Magnética Nuclear

A ressonância magnética nuclear é um fenômeno físico que foi inicialmente descrito por Isidor Rabi e lhe valeu o Prêmio Nobel da Física em 1944. As três palavras que descrevem o fenômeno permitem compreender o seu funcionamento:

É nuclear e magnética porque os núcleos de grande parte dos átomos se comportam como pequenos ímãs. O núcleo do átomo que existe em maior quantidade no corpo humano (hidrogênio), composto apenas por um próton, tem spin (tal como os elétrons). O spin é um momento angular, ou seja, o núcleo, que tem carga elétrica, comporta-se como um pequeno loop de corrente, e assim gera um campo magnético. A direção deste campo magnético precessa com uma determinada frequência, como um pião quando está a abrandar. Em situações normais estes ímãs estão orientados aleatoriamente e assim os seus campos magnéticos tendem a anular-se.

Por outro lado, cada sistema em oscilação tem uma determinada frequência natural. Se ele é forçado a oscilar por um estímulo externo periódico (com uma dada frequência de oscilação), a resposta será mais acentuada quanto mais próximas estiverem as duas frequências. Este é o fenômeno de ressonância. Por exemplo, quando se empurra alguém num balanço, se a frequência do forçamento – correspondente à altura em que se empurra o balanço – for diferente da natural – associada ao tempo em que o baloiço atinge o ponto mais alto – então o movimento será muito irregular e as oscilações pequenas. Contudo, se as duas frequências estiverem alinhadas – o forçamento é feito exatamente quando o balanço atinge o ponto mais alto – consegue-se atingir oscilações muito maiores.

Quando os núcleos estão sob a ação de um campo magnético constante, estes pequenos ímãs alinham-se com a direção do campo externo. Aplicando também um segundo campo, menor e a oscilar com a frequência natural dos núcleos, coloca-se o sistema em ressonância.

Quando os átomos de um dado material (como o corpo humano) sentem a ação do campo oscilante, parte dos núcleos que tenham essa frequência natural absorvem energia – tomando assim o sentido do campo constante – e os seus movimentos de precessão entram em fase. Ao retirar o campo magnético oscilante, os núcleos reemitem essa energia, criando um sinal eletromagnético que pode ser medido pelos detectores.

 Apesar de o princípio físico descrito ser conhecido há mais de meio século e a primeira imagem em 1D ter sido obtida em 1952, só em 1977 é que a primeira ressonância magnética de corpo inteiro foi feita, publicada no inicio de 1980.

A aplicabilidade dos princípios descritos para a obtenção de informação anatômica enfrentou vários desafios técnicos. Em primeiro lugar, a seleção da zona a estimular implica a criação de um gradiente de campo numa das direções, de forma a selecionar um intervalo para a frequência natural, e assim se delimitar um corte. Contudo, permanecem duas direções por definir, pelo que se realiza um gradiente em fase e outro em frequência em direções perpendiculares de modo a que se possa determinar posteriormente a localização do sinal recebido/emitido. Estes desenvolvimentos foram premiados em 2003, com a atribuição do prêmio Nobel da medicina ao químico Paul Lauterbur e ao físico Peter Mansfield pelo seu crucial contributo para o desenvolvimento da técnica médica.

A distinção entre tecidos é conseguida pois a intensidade do sinal depende da densidade dos átomos de hidrogênio na zona em análise, o tipo de tecido e a sequência de radiofrequência utilizada (não se usa uma só frequência, mas sim uma série delas, de modo a conseguir observar determinadas estruturas em detrimento de outras).

Os custos elevados associados à manutenção do equipamento, bem como a possibilidade de claustrofobia por parte do doente, surgem como os principais fatores contra a sua aplicação. No entanto, a não utilização de radiação ionizante é a maior vantagem, e em mais de 30 anos não existe qualquer registo de efeitos biológicos adversos. É claro que, como durante todo o exame o paciente está sujeito a um campo magnético intenso, não poderá ter piercings paramagnéticos nem tatuagens com determinadas tintas. Do mesmo modo, alguns implantes, como pacemakers, poderão impedir a realização do exame.

Os avanços mais recentes nesta técnica têm fomentado o desenvolvimento da ressonância magnética funcional. Esta modalidade implica a obtenção de imagens associadas ao metabolismo local. Usando como marcador a hemoglobina com oxigênio, é possível observar o local do cérebro mais irrigado, ou seja, o mais ativo. Esta técnica tem sido utilizada para avaliar a resposta do cérebro a vários estímulos em doentes com Doença de Parkinson ou Alzheimer.

O desenvolvimento mais recente nesta área corresponde à obtenção de medidas de difusão, que permitem conhecer as características de mobilidade das moléculas. Esta modalidade tem aplicações na tractografia, que estuda as vias nervosas presentes no cérebro.

Apesar da técnica de ressonância magnética ter a sua origem num princípio descoberto há várias décadas, as suas potencialidades superaram muito a aplicação inicial.

A capacidade de obter informação sobre as funções cerebrais, por exemplo, é muito importante como método de investigação, mas a técnica é também alvo de muita investigação científica, pelo que se pode esperar uma expansão das suas áreas de aplicação nos próximos anos.

Texto: GASPAR, A. Ressonância Magnética Nuclear- Aparelhos e Aplicações. Horizon - Revista do Departamento de Física da FCUL, Lisboa, p.12-13, 2013. Disponível em: < http://horizon.fc.ul.pt/sites/default/files/backup/edicao_0_web_0.pdf>. Acessado em 25 jun. 2013.