A Física da Ressonância Magnética

A área da saúde é uma das mais interdisciplinares ao considerar as matérias de Biologia, Química e Física. Essas se relacionam no desenvolvimento e aprimoramento de exames, medicamentos e métodos preventivos, diante de toda essa interação surge a Física Médica e um dos exames mais conhecidos é a ressonância magnética (RM), e nesse texto será explorada a sua história, seus cuidados e como acontece.

De início, onde surgiu a RM? Quais foram os estudos que levaram a sua descoberta? A ressonância magnética independente foi descoberta em 1946 por Felix Bloch e Edward Purcell, o que os fez ganhadores do Nobel em 1952, entre 1950 e 1970 foi estudada sua influência nas moléculas, até que em 1971, Raymond Damadian demonstrou como há diferenças nos tecidos e tumores o que motivou os cientistas a utilizarem a RM na detecção dessas diferenças, e alguns anos depois de sua demonstração, Damadian em 1977 apresentou a Ressonância Magnética com campo focado apoiado nos estudos de Paul Lauterbur e Richard Ernst, 1973 e 1975, respectivamente.

Mas afinal, como é o exame de ressonância magnética? Primeiramente, o paciente recebe um questionário de segurança com uma série de perguntas que indicarão se ele está apto para realizar o exame. Há uma série de contraindicações absolutas, relacionadas ao porte de determinados aparelhos metálicos, e também contraindicações relativas à realização do exame, como gestação durante o primeiro trimestre, possuir tatuagens extensas, maquiagem definitiva ou próteses. Após verificar a viabilidade do exame, o profissional orienta o paciente a usar as vestimentas oferecidas pelo hospital ou clínica e a retirar todos os acessórios metálicos que esteja usando. Se necessário, o paciente também deve autorizar previamente o uso de medicamentos e contraste intravenosos, bem como outros procedimentos durante o exame.

Em seguida, inicia-se o exame: o paciente é deitado numa espécie de maca que será introduzida no magneto de RM que possui o formato de um tubo, e a parte do corpo a ser estudada é coberta por um dispositivo denominado bobina de radiofrequência (RF), que ajuda a potencializar o efeito do campo magnético e melhorar a qualidade da imagem. O paciente deve permanecer imóvel e em silêncio durante o exame, para não comprometer os resultados, podendo se comunicar com a equipe operacional em caso de emergência através de uma campainha que estará em sua mão. O scanner do aparelho emite ruídos altos, mas geralmente este incômodo é solucionado através do uso de protetores auriculares. A temperatura do ambiente é baixa e para evitar que o paciente passe frio, costuma-se oferecer um cobertor.

O exame de RM trabalha com o campo magnético do núcleo do átomo de hidrogênio, que é um dos elementos químicos mais abundantes nos seres vivos e, ademais, emite rádio sinal superior a mil vezes em relação a qualquer outro elemento presente nos tecidos do corpo de animais. O núcleo do átomo de hidrogênio é constituído por um próton, que gira em torno de seu próprio eixo, e este fenômeno é conhecido como spin. Ao girar em torno dele mesmo, o próton produz um campo magnético e além desta propriedade, ele possui também um momento magnético, o que significa que ele se comporta como um magneto, não somente produzindo um campo magnético, mas também respondendo à presença de qualquer campo magnético de outras fontes. A imagem, então, é gerada em três etapas: primeiramente é necessário alinhar os núcleos de hidrogênio com um campo magnético muito intenso. Normalmente, os prótons no corpo têm uma orientação completamente aleatória, fazendo com que, em conjunto, não produzam nenhum momento magnético; e ao analisar um único próton, o rádio sinal, que se obtêm através de uma corrente elétrica induzida em uma bobina receptora, é muito pequeno para induzir uma corrente detectável na bobina. Colocando o paciente em um campo magnético externo intenso, os spins se alinham na mesma direção do campo magnético: a maioria no mesmo sentido do seu vetor (em um estado de menor energia) e alguns em sentido contrário (em um estado de maior energia). Uma vez alinhados, os prótons produzem um momento magnético grande e detectável no corpo. No entanto, há uma certa angulação entre o spin do núcleo de hidrogênio e o campo magnético intenso ao que está alinhado, o que resulta num movimento de precessão análogo ao de um pião, em uma frequência conhecida como “frequência de Larmor”.

Adiante, a segunda etapa, então, consiste na emissão de ondas eletromagnéticas oscilando nessa mesma frequência, provocando o fenômeno de ressonância: o movimento de precessão dos prótons em torno do campo magnético intenso ganha amplitude e o átomo de hidrogênio ganha energia. Desse modo, os átomos passam a vibrar em sincronia, em concordância de fase, produzindo um campo magnético resultante perpendicular e que gira em relação àquele intenso aplicado no corpo do paciente. Algumas bobinas irão receber esse novo campo magnético, que ao girar, faz variar o fluxo de campo magnético no interior das bobinas, pelas quais começam a passar corrente elétrica. Registrando o sinal dessa corrente, é que o computador traduz o sinal em imagens. Por fim, na terceira etapa, ao desligar as ondas eletromagnéticas que estavam excitando os átomos, com o passar do tempo vão perdendo energia e consequentemente o sinal de radiofrequência emitido por eles vai perdendo intensidade, variando de acordo com as características de cada tecido do corpo humano. Utilizando computadores, é possível fazer a interpretação desses sinais e construir imagens que podem ser usadas para diagnóstico de diversas doenças.

Figura 1 - (A) Representação dos prótons no corpo de forma aleatória: os vetores se cancelam não havendo formação de momento magnético; (B) Alinhamento dos prótons após serem colocados sob um campo magnético intenso (Bo), criando uma pequena magnetização resultante de equilíbrio (Mo); (C) Representação do movimento de precessão dos prótons ao redor do eixo z do campo magnético intenso (Bo).

O exame de ressonância magnética é utilizado para analisar doenças neurológicas, ortopédicas, abdominais, cervicais e cardíacas, tais como tumores, coágulos, infecções ou esclerose múltipla. Como sei se devo fazer? O seu médico provavelmente irá recomendar este exame sempre que observar sintomas sugestivos de algumas das doenças citadas acima. O tempo de duração do exame pode variar de alguns minutos até 1 hora, dependendo do tipo de análise.

REFERÊNCIAS:

[1] POSSES, Flávio Pereira. “Ressonância Magnética: Guia Completo e Ilustrado”. Disponível em< https://star.med.br/ressonancia-magnetica-conceito/>. Acesso em 3 de maio de 2021.

[2] HAGE, Maria C. F. N. S. e IWASAKI, Masao. “Imagem por Ressonância Magnética: princípios básicos” Disponível em <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-84782009000400051>. Acesso em 3 de maio de 2021.

[3] UNIMED. “Contraindicações” Disponível em <https://www.unimed.coop.br/web/valedocai/ressonancia>. Acesso em 3 de maio de 2021.

[4] AMORIM, Sylvia. “Ressonância magnética: entenda como funciona, principais tipos e funções”. Disponível em <https://blog.arkmeds.com/2020/10/29/ressonancia-magnetica-como-funciona/>. Acesso em 3 de maio de 2021.

[5] PORTAL SÃO FRANCISCO. “Ressonância Magnética”. Disponível em <https://www.portalsaofrancisco.com.br/fisica/ressonancia-magnetica>. Acesso em 3 de maio de 2021.

[6] YALY, Kelma. “ 13 coisas para saber antes de fazer Ressonância Magnética”. Disponível em <https://www.megaimagem.com.br/blog/13-coisas-para-saber-antes-fazer-ressonancia-magnetica/>. Acesso em 3 de maio de 2021.

[7] GOMES, Douglas. “Física do exame ressonância magnética | Cai no ENEM | Física do cotidiano” (15 min). Disponível em<https://www.youtube.com/watch?v=tx2nBhz5NrU>. Acesso em 3 de maio de 2021.

[8] LABORATÓRIO EXAME. “Ressonância Magnética: O que é e como é feito o Exame”. Disponível em: <https://laboratorioexame.com.br/saude/ressonancia-magnetica> Acesso em 4 de maio de 2021.

[9] AME. “Tudo o que você precisa saber sobre Ressonância Magnética e EM”.Disponível em:<https://amigosmultiplos.org.br/noticia/tudo-o-que-voce-precisa-saber-sobre-ressonancia-magnetica-e-em/>.Acesso em 4 de maio de 2021.

[10] DIFFUSION. “História da Ressonância Magnética”. Disponível em: <www.diffusion.com.br/site/index.php/blog/11-historia-da-ressonancia-magnetica>. Acesso em 4 de maio de 2021.