Monografia Análise Computacional de Imagens de Ressonância Magnética Funcional

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Mestrado em Engenharia Biomédica 
 
 
 
Análise Computacional de Imagens de 
Ressonância Magnética Funcional 
Monografia 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 
Porto, 15 de Julho de 2011
 
 
 
 
Análise Computacional de Imagens de Ressonância 
Magnética Funcional 
 
 
Dissertação realizada no âmbito da disciplina de Monografia do Mestrado em 
Engenharia Biomédica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 
 
 
 
 
 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 
Licenciada em Bioengenharia pela Escola Superior de Biotecnologia da 
Universidade Católica Portuguesa 
 
 
 
Orientador: 
João Manuel R. S. Tavares 
Prof. Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de 
Engenharia da Universidade do Porto 
 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 2 
 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Resumo 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 3 
Resumo: 
 
Esta Monografia, realizada no âmbito da disciplina de Monografia do 
Mestrado em Engenharia Biomédica enquadra-se no domínio das metodologias 
e sistemas computacionais para análise de imagens e os seus principais 
objectivos foram a realização de um primeiro estudo bibliográfico para uma 
melhor familiarização com o tema a ser desenvolvido durante o próximo ano 
lectivo no âmbito da Tese. Sabendo que as imagens obtidas a partir da 
tecnologia de Ressonância Magnética Funcional permitiram um grande avanço 
na medicina relativamente ao conhecimento do funcionamento do cérebro, 
tornou-se pertinente estudá-la nomeadamente como método de investigação 
dos efeitos da Acupunctura. Isto permitiu também adquirir conhecimentos 
relativos ao processamento das imagens que será necessário durante o 
desenvolver da dissertação. 
 
 
Palavras-chave: fMRI, Análise Computacional, Processamento de Imagem, 
Acupunctura, Cérebro 
 
 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Agradecimentos 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 4 
Agradecimentos 
 
Ao Professor João Tavares, por toda a disponibilidade e apoio para a 
realização deste trabalho. 
A todos aqueles que de uma maneira mais ou menos presente me 
apoiaram durante o período de todo o seu desenvolvimento. 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Índices 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 5 
Índice: 
 
Resumo .............................................................................................................. 3 
Agradecimentos ................................................................................................. 4 
Índice de Figuras ................................................................................................ 6 
Índice de Tabelas ............................................................................................... 7 
Glossário ............................................................................................................ 8 
Capítulo 1 – Introdução ...................................................................................... 9 
1.1 – Enquadramento e Objectivos ............................................................. 9 
1.2 – Contextualização Histórica .............................................................. 10 
Capítulo 2 – Ressonância Magnética ............................................................... 13 
2.1 – Princípios Físicos ............................................................................. 13 
2.2 – Princípios de Instrumentação .......................................................... 19 
2.3 – Aplicações da Ressonância Magnética........................................... 22 
Capítulo 3 – Ressonância Magnética Funcional .............................................. 23 
3.1 – O Cérebro (Bases de Anatomia e Fisiologia) .................................. 23 
3.2 – Aplicações da fMRI ........................................................................... 27 
3.2.1 – Organização de um estudo de fMRI ....................................... 28 
Capítulo 4 – Medicina Tradicional Chinesa – A Acupunctura ........................... 30 
Capítulo 5 – Processamento dos dados de fMRI ............................................. 32 
5.1 – Pré-Processamento .......................................................................... 32 
5.1.1 – Correcção do movimento ........................................................ 33 
5.1.2 – Correcção temporal ................................................................. 33 
5.1.3 – Suavização espacial ................................................................ 33 
5.2 – Segmentação ..................................................................................... 34 
Capítulo 6 – Considerações finais e Perspectivas futuras ............................... 37 
Bibliografia ........................................................................................................ 38 
 
 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Índices 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 6 
Índice de Figuras: 
 
Figura 1 – Scanner de MRI MAGNETOM Symphony (Madihally, 2010). ......... 10 
Figura 2 – Scanner de MRI “aberto”, MAGNETOM C!, Open MRI (Madihally, 
2010). ............................................................................................................... 11 
Figura 3 – Representação do momento angular de ......................................... 13 
Figura 4 – Representação da magnetização microscópica de um núcleo (Prince 
& Links, 2005) .................................................................................................. 14 
Figura 5 – Representação dos protões de forma aleatória .............................. 15 
Figura 6 - Alinhamento dos protões após serem colocados sob um campo 
magnético forte (B0).......................................................................................... 15 
Figura 7 – Representação da frequência precessão dos protões em torno do 
eixo z do campo magnético forte (B0)............................................................... 15 
Figura 8 – Variação da relaxação longitudinal ao longo do tempo (Mazzola, 
2009) ................................................................................................................ 16 
Figura 9 – Variação da magnetização no plano transversal ao longo do tempo 
(Mazzola, 2009) ................................................................................................ 16 
Figura 10 – Diagrama da sequência de impulsos para gerar spin ecos (Prince & 
Links, 2005) ...................................................................................................... 17 
Figura 11 – Decaimento livre de indução, causado pela relaxação transversal 
(Prince & Links, 2005). ..................................................................................... 18 
Figura 12 – Organização de um sistema típico de MRI (Khandpur, 2004) ....... 19 
Figura 13 – Esquema da constituição de um íman supercondutor (Prince & 
Links, 2005) ...................................................................................................... 20 
Figura 14 – Diagrama de blocos do sistema de detecção (Khandpur, 2004) ... 21 
Figura 15 – Consola de operação do scanner de MRI (Prince & Links, 2005) . 21 
Figura 16 – Esquema da construção de um scanner de MRI (Bronzino, 2000) 22 
Figura 17 – Ilustração do cérebro humano. ...................................................... 23 
Figura 18 – Divisão dos lobos cerebrais. ......................................................... 24 
Figura 19 – Visualizações lateral e medial dos hemisférios cerebrais 
(Ramachandran, 2002). ................................................................................... 26 
Figura 20 – Aplicação de um kernel de suavização Gaussiano 3-D ................ 34 
 
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file:///C:/Users/Gabi/Documents/MESTRADO%20FEUP/Monografia/PROJECTO%20Monografia/Monografia_Gabriela_Queiros.docx%23_Toc298447653
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file:///C:/Users/Gabi/Documents/MESTRADO%20FEUP/Monografia/PROJECTO%20Monografia/Monografia_Gabriela_Queiros.docx%23_Toc298447654
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file:///C:/Users/Gabi/Documents/MESTRADO%20FEUP/Monografia/PROJECTO%20Monografia/Monografia_Gabriela_Queiros.docx%23_Toc298447656
file:///C:/Users/Gabi/Documents/MESTRADO%20FEUP/Monografia/PROJECTO%20Monografia/Monografia_Gabriela_Queiros.docx%23_Toc298447657
file:///C:/Users/Gabi/Documents/MESTRADO%20FEUP/Monografia/PROJECTO%20Monografia/Monografia_Gabriela_Queiros.docx%23_Toc298447657
file:///C:/Users/Gabi/Documents/MESTRADO%20FEUP/Monografia/PROJECTO%20Monografia/Monografia_Gabriela_Queiros.docx%23_Toc298447663
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Índices 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 7 
Índice de Tabelas: 
 
Tabela 1 – Valores da Razão Giromagnética ................................................... 14 
Tabela 2 – Valores aproximados de T1 e T2 para diferentes tecidos (Hobbie & 
Roth, 2007) ....................................................................................................... 17 
 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Glossário 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 8 
Glossário: 
 
1H – Hidrogénio 
2D – Duas dimensões 
B0 – campo magnético 
BOLD – Blood oxygenation level dependent 
CT – Tomografia Computorizada (Computed Tomography) 
dHb – Desoxihemoglobina 
FID – decaimento livre de indução 
fMRI – Ressonância Magnética Funcional (Functional Magnetic Resonance 
Imaging) 
HbO2 – Oxihemoglobina 
M0 – magnetização 
ML – Magnetização longitudinal 
MRI – Ressonância Magnética (Magnetic Resonance Imaging) 
Mxy – Magnetização transversal 
NMR – Ressonância Magnética Nuclear (Nuclear Magnetic Resonance) 
PET – Tomografia por Emissão de Positrões (Positron Emission Tomography) 
RF – Radiofrequência 
ROI – Região de interesse 
ROI – Região de interesse 
SNR – Relação sinal-ruído 
SPM – mapa estatístico paramétrico 
T1 – Relaxação longitudinal 
T2 – Relaxação transversal 
xoy – plano transversal 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Introdução 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 9 
Capítulo 1 – Introdução 
 
A Engenharia Biomédica reúne princípios de engenharia, medicina, 
física, química e biologia com o grande objectivo de fazer progredir os cuidados 
de saúde disponíveis para a sociedade. Congregando conhecimento 
proveniente das mais variadas disciplinas, os engenheiros biomédicos são 
capazes de desenhar instrumentos, dispositivos e ferramentas computacionais 
médicas bem como realizar estudos e pesquisas para adquirir e aprofundar 
conhecimentos necessários à resolução das mais diversas problemáticas. 
A área da Imagiologia Médica possibilita a obtenção de informação 
relativa à fisiologia e anatomia de órgãos internos de um modo não-invasivo 
através das mais variadas técnicas actualmente existentes como a 
Ressonância Magnética (MRI), o Raio-X (R-X), a Tomografia Computorizada 
(CT) e a Tomografia por Emissão de Positrões (PET). Graças a estas torna-se 
possível uma detecção precoce de doenças, uma melhor coordenação de 
tratamentos médicos e mesmo um melhor conhecimento geral da actividade 
molecular dos organismos vivos. 
A Engenharia Biomédica tem assim um papel fundamental nesta área 
através do design, construção e análise de sistemas de imagiologia médica, o 
que permite que esta seja uma área com enorme expansão nos campos da 
instrumentação e da análise computacional (Madihally, 2010). 
 
1.1 – Enquadramento e Objectivos 
 
Este trabalho, incluído no âmbito da disciplina de Monografia do 
Mestrado em Engenharia Biomédica insere-se no domínio das metodologias e 
sistemas computacionais para análise de imagens. 
Os principais objectivos desta monografia consistem na realização de 
um primeiro estudo bibliográfico relativamente aprofundado para uma inicial 
familiarização com o tema a ser desenvolvido durante o próximo ano lectivo no 
âmbito da Tese. Pretende-se realizar uma primeira abordagem aos princípios 
da MRI para posteriormente estudar os fundamentos e métodos de análise de 
imagens médicas de Ressonância Magnética Funcional (fMRI). Será ainda 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Introdução 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 10 
abordada a aplicação desta técnica para a avaliação de uma área da medicina 
tradicional chinesa, a acupunctura, passível de ser utilizada no decorrer do 
desenvolvimento do tema da dissertação de mestrado. 
 
1.2 – Contextualização Histórica 
 
A história da imagiologia teve o seu início há muitos séculos atrás com a 
descoberta de conceitos fundamentais de física, biologia e química. Mas o seu 
verdadeiro impulso deu-se em 1895, pelo físico alemão Wilhelm C. Roentgen, 
com a descoberta acidental da radiação X que permitiu a obtenção da primeira 
imagem médica, uma radiografia da mão esquerda da sua esposa. Durante 
várias décadas o Raio-X foi a fonte de imagens médicas e pela década de 30 
este já era utilizado para visualizar grande parte dos órgãos humanos. 
Em 1942 Karl T. Dussik, neurologista austríaco relatou a primeira 
utilização de ultra-sons como meio de diagnóstico e em 1968 o ginecologista e 
obstetra Stuart Campbell publicou um método melhorado de imagens de ultra-
som que viria posteriormente a ser utilizado de modo corrente na examinação 
de fetos durante a gravidez (Madihally, 2010). 
Posteriormente a radiografia expandiu para tomografia computorizada 
por transmissão e permitiu a Godfrey Hounsfield a construção do primeiro 
scanner de CT, em 1972, através da utilização da metodologia matemática de 
reconstrução de imagens desenvolvida por Allan Cormack, na década anterior. 
Estas descobertas valeram a estes dois cientistas o Prémio Nobel da Medicina 
em 1979. 
 
 
Figura 1 – Scanner de MRI MAGNETOM Symphony (Madihally, 2010). 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Introdução 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 11 
O fenómeno da Ressonância Magnética Nuclear (NMR) foi 
primeiramente descrito por Felix Bloch e Edward Purcell, na década de 50 mas 
foi apenas em 1971 que surgiu o primeiro trabalho da aplicação da NMR para a 
obtenção de imagens médicas (Prince & Links, 2005). Trabalho este 
desenvolvido pelo investigador americano Raymond V. Damadian que mostrou 
que o tempo de relaxação magnético dos tecidos diferia do dos tumores. 
No início da década de 80 a MRI foi considerada como a nova maneira 
de tirar fotografias ao interior do corpo humano e tal impulsionou os 
investigadores a tornarem esta tecnologia num método robusto e sofisticado de 
obtenção destas imagens através da utilização de scanners como o da Figura 
1. Desenvolvimentos na tecnologia magnética tais como o aparecimento de 
electroímanes supercondutores tornaram possível obter imagens com melhor 
qualidade e também o aparecimento da MRI “aberta”, com scanners como 
mostra a Figura 2 possibilitaram que esta tecnologia fosse cada vez mais 
aceite pelos pacientes. 
 
 
Figura 2 – Scanner de MRI “aberto”, MAGNETOM C!, Open MRI (Madihally, 2010). 
 
Em 1990, Seiji Ogawa, biofísico japonês descobriu, em trabalhos com a 
parceria dos Laboratórios AT&T’s Bell, que a desoxihemoglobina (dHb) quando 
sob influência de um campo magnético, aumentava a força do campo na sua 
vizinhança enquanto a oxihemoglobina (HbO2) não. Foi a descoberta deste 
fenómeno que conduziu ao desenvolvimento da Ressonância MagnéticaFuncional (fMRI), a qual permite obter imagens dos órgãos em funcionamento 
ou estudar as diferentes funções dos mesmos. 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Introdução 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 12 
A melhoria destas tecnologias tem ainda sido possível com o 
desenvolvimento da área de análise computacional, através da criação de 
algoritmos cada vez mais sofisticados que permitem a extracção de informação 
volumétrica estrutural e funcional para a medição, processamento, visualização 
e análise de imagens (Madihally, 2010). 
 
 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 13 
Capítulo 2 – Ressonância Magnética 
 
A MRI é uma técnica de imagiologia tomográfica capaz de produzir 
imagens de características internas físicas e químicas de um dado corpo 
através da medição externa dos sinais de ressonância magnética. A tomografia 
é uma área muito importante da imagiologia, o termo grego tomos significa 
“corte” mas esta possibilita a obtenção de imagens do interior do corpo sem 
que haja de facto um corte deste. Assim com o recurso a um scanner de MRI é 
possível obter conjuntos de dados ou imagens multidimensionais 
representativas da distribuição espacial de uma dada medida de quantidade 
física. É possível gerar imagens seccionadas de 2 dimensões (2D) com 
qualquer orientação, imagens volumétricas 3D e até imagens 4D das 
distribuições espaço-espectral ou espaço-temporal. Outra particularidade desta 
tecnologia está na natureza dos sinais utilizados para formar as imagens uma 
vez que, ao contrário das outras tecnologias, não necessita de recorrer a 
partículas com radiação para gerar os sinais captados (Landini, Positano, & 
Santarelli, 2005). 
 
2.1 – Princípios Físicos 
 
Os protões e os neutrões constituintes dos núcleos atómicos possuem 
uma propriedade denominada momento angular spin (Φ) que apresenta 
magnitude e direcção e que está na base do fenómeno de NMR. Este momento 
angular ou spin do núcleo pode ser considerado como resultado do movimento 
rotacional ou giratório do núcleo em torno do seu próprio eixo cuja ilustração se 
encontra na Figura 3. O hidrogénio (1H) é o elemento mais abundante no corpo 
e por isso o elemento de maior interesse para a obtenção 
das imagens anatómicas de MRI possibilitando um sinal 
de MRI mais forte. 
 
Figura 3 – Representação do momento angular de 
um núcleo (Prince & Links, 2005) 
 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 14 
 
 
 
 
Sendo o núcleo uma partícula carregada, o 
spin faz-se acompanhar por um vector de 
momento magnético (μ), cuja representação do campo de magnetização se 
encontra na Figura 4 e cuja relação com o momento angular spin é dada pela 
expressão: 
 
(Equação 1) 
 
onde γ representa a razão giromagnética que é uma característica particular 
dos núcleos. A Tabela 1 apresenta os valores da razão giromagnética de 
alguns elementos mais comuns (Prince & Links, 2005): 
 
Tabela 1 – Valores da Razão Giromagnética 
Razão Giromagnética (MHz/T) 
1H 42.58 
13C 10.71 
19F 40.05 
31P 11.26 
 
Na MRI o sinal obtido é produzido pelo campo magnético do 1H, sendo 
este um sinal muito pequeno para induzir uma corrente passível de ser 
detectada por uma bobine. Assim torna-se necessário o alinhamento dos 
protões para que seja possível a produção de um momento magnético 
suficientemente grande para ser detectado. 
Como a orientação dos protões é completamente aleatória como na 
Figura 5, os seus vectores de momento magnético vão apresentar várias 
direcções diferentes o que leva a que se cancelem uns aos outros. No entanto, 
quando estes são colocados sob a influência de um campo magnético externo 
(B0) dá-se o alinhamento dos spins na mesma direcção do campo mas nem 
todos os vectores têm o mesmo sentido. O que ocorre é que a maioria dos 
protões vai alinhar-se no mesmo sentido do campo, que corresponde a um 
Figura 4 – Representação da 
magnetização microscópica de um 
núcleo (Prince & Links, 2005) 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 15 
estado energético menor (Paralelo), e os restantes vão alinhar-se no sentido 
oposto, correspondente a um estado de maior energia (Anti-Paralelo) ilustrado 
na Figura 6. Esta diferença vai provocar um constante desequilíbrio que levará 
a uma magnetização (M0) do tecido responsável pela obtenção da MRI 
(Landini, Positano, & Santarelli, 2005). 
 
A frequência à qual os núcleos giram, representada na Figura 7, também 
conhecida por frequência de Larmor ou frequência de precessão é proporcional 
à razão giromagnética e à amplitude do campo magnético externo aplicada: 
 
(Equação 2) 
 
Assim, ao submetermos os protões à acção de um campo de 
radiofrequências como a frequência de precessão vamos estar a provocar o 
fenómeno de ressonância e isto vai levar a que ocorra um aumento do número 
de spins anti-paralelos e que os spins sejam colocados em fase. 
 
 
Figura 7 – Representação da frequência precessão dos protões em torno do eixo z do campo magnético forte (B0) 
 
 
A amplitude e a duração dos impulsos desta frequência vão determinar 
os efeitos provocados e o sinal medido vai ser a magnetização transversal, 
Figura 5 – Representação dos protões 
de forma aleatória 
Figura 6 - Alinhamento dos protões após 
serem colocados sob um campo magnético 
forte (B0) 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 16 
sinal que só vai ser possível detectar-se através de bobinas que captam a 
radiofrequência no momento em que os protões apresentam a frequência de 
precessão em fase, isto é, a girar em torno do eixo longitudinal z (Prince & 
Links, 2005). 
No momento em que a radiofrequência (RF) é interrompida, a 
magnetização transversal diminui e vai desaparecer ao contrário da 
magnetização longitudinal que vai aumentar, isto é, os protões vão regressar 
ao seu estado de equilíbrio emitindo energia electromagnética, fenómeno 
conhecido por relaxação. Trata-se de um fenómeno físico dinâmico em que o 
protão regressa ao seu estado fundamental. 
Existem dois tipos de relaxação, a relaxação longitudinal, descrita por 
uma curva exponencial caracterizada pela constante de tempo T1, durante a 
qual os protões voltam a estar alinhados com o campo magnético. A curva 
ilustrada na Figura 8 representa a variação da relaxação longitudinal ao longo 
do tempo, onde se pode ver que T1 representa o tempo necessário para a 
magnetização longitudinal (ML) recuperar 63% do seu valor inicial (M0). A 
relaxação transversal é descrita por uma curva exponencial caracterizada pela 
constante de tempo T2, que se resume à saída dos protões do seu estado de 
fase e a curva representada na Figura 9 mostra a variação da magnetização no 
plano transversal ao longo do tempo, onde T2 representa o tempo necessário 
para a magnetização transversal (Mxy) atingir 32% do seu valor inicial (Mazzola, 
2009). A relaxação transversa é mais rápida do que a relaxação longitudinal e 
estes valores não estão relacionados com a força do campo magnético. 
 
 
Figura 8 – Variação da relaxação longitudinal ao longo 
do tempo (Mazzola, 2009) 
Figura 9 – Variação da magnetização no plano 
transversal ao longo do tempo (Mazzola, 2009) 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 17 
A Tabela 2 mostra alguns valores dos tempos de relaxação, à frequência 
de precessão de 20 MHz: 
 
Tabela 2 – Valores aproximados de T1 e T2 para diferentes tecidos (Hobbie & Roth, 2007) 
 T1 (ms) T2 (ms) 
Sangue 1200 200 
Músculo 500 35 
Tecido adiposo 200 60 
Água 3000 3000 
Substância branca 790 90 
Substância cinzenta920 100 
Líquido céfalo-raquidiano 4000 2000 
 
 
Após o pulso de RF, vão ocorrer inúmeras alterações em ambas as 
magnetizações, a magnetização longitudinal aumenta, a transversal diminuiu e 
este processo liberta energia e para a recepção deste sinal uma antena é 
colocada no plano transversal (x0y) onde é induzida uma corrente eléctrica (lei 
de Faraday). Para uma melhor compreensão da emissão deste sinal é 
necessário especificar a sequência de pulsos de RF denominada sequência 
spin eco. Esta é baseada na repetição de uma sequência de impulsos de 90º e 
180º consecutivamente e apresenta dois parâmetros: TE/2 e TE. O esquema da 
emissão destes impulsos está ilustrado na Figura 10. 
 
 
Figura 10 – Diagrama da sequência de impulsos para gerar spin ecos (Prince & Links, 2005) 
 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 18 
O impulso de 90º (TE/2) provoca o desaparecimento da magnetização 
longitudinal e o crescimento da transversal e quando este é desligado, dá-se 
um decaimento da magnetização transversal e os protões libertam a energia 
absorvida. Esta energia libertada vai provocar oscilações na frequência do 
campo magnético o que induz uma corrente eléctrica, o sinal. A frequência 
deste é constante mas desaparece ao longo do tempo, o que se traduz numa 
curva exponencial de decaimento. As antenas recebem o sinal no plano 
transversal devido às variações do vector da magnetização transversal. 
Quando não existe qualquer gradiente magnético dá-se o designado 
decaimento livre de indução (FID), representado na Figura 11 que é provocado 
por uma diminuição da magnetização transversal, perda de energia para o 
ambiente e redução da oscilação de sinal no plano transverso. Como não 
existe nenhum gradiente magnético, o sinal de FID decresce mais rapidamente 
do que o T2 e é caracterizado por um tempo constante T2*. O tempo T2* é 
influenciado por um tipo específico de relaxação spin-spin e pelos campos 
magnéticos estáticos não homogéneos que aceleram o desfasamento dos 
spins. 
 
 
Figura 11 – Decaimento livre de indução, causado pela relaxação transversal (Prince & Links, 2005). 
 
 O impulso de 180º (TE) coloca os spins em fase e inverte o campo 
magnético não homogéneo e uma vez aplicado um RF com este impulso os 
spins entram em fase e a magnetização transversa reaparece e aumenta. Após 
isto os spins deslocam-se para um estado de desequilíbrio e a magnetização 
transversa diminui. Quando atingirem na totalidade este estado, o impulso de 
180º é enviado e os protões entram novamente em fase. Quando se desliga o 
pulso de 180º o sinal é emitido em forma de ecos. A diferença de intensidade 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 19 
de sinal depende de dois factores, Tempo de Repetição (TR – que é a 
diferença entre a intensidade de sinal entre tecidos T1 usando dois pulsos 
consecutivos, ou seja, a diferença entre a magnetização longitudinal de 
diferentes tecidos) e Tempo de Eco (TE – que é o tempo entre o pulso 90º e o 
eco. Pode ser escolhido pelo operador) que indicaram o tipo de imagem 
(imagem ponderada em T1, densidade protónica e imagem ponderada em T2) 
(Hobbie & Roth, 2007). 
 
2.2 – Princípios de Instrumentação 
 
Os componentes básicos de um scanner de MRI apresentam-se 
esquematizados na Figura 12: 
 
 
Figura 12 – Organização de um sistema típico de MRI (Khandpur, 2004) 
 
Estes instrumentos utilizam campos magnéticos estáticos, uniformes e 
fortes (a sua força pode variar entre os 0.2T e os 3T em uso clínico) com três 
conjuntos de bobinas, que têm a si associados amplificadores e dispositivos 
para correcção da corrente, necessárias à codificação espacial do paciente a 
analisar por produção de um gradiente magnético variante no tempo. O 
transmissor RF transmite e recebe as bobinas e os amplificadores e os 
receptores de RF são utilizados para excitação dos núcleos e para receber os 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 20 
sinais. O computador é utilizado para controlar o scanner e para processar e 
apresentar os resultados (imagens, espectros, etc.). Contêm também outros 
dispositivos como equipamento para monitorização do paciente e sistemas de 
segurança (Kutz, 2009). 
 
 O íman (magnet) proporciona B0 uniforme e estável (Figura 13); 
 
 
Figura 13 – Esquema da constituição de um íman supercondutor (Prince & Links, 2005) 
 
O B0 destes scanners pode ser gerado por electroímanes resistivos, ímanes 
permanentes ou ímanes supercondutores, sendo estes últimos os mais comuns 
e que devido à tecnologia supercondutora necessitam de um sistema de 
arrefecimento próprio com Hélio líquido. 
 O transmissor RF (RF transmitter) envia impulsos de RF para a 
amostra; 
Para a activação dos núcleos este sistema que emite os sinais consiste no 
transmissor RF em si, num amplificador de potência RF e em bobinas de 
transmissão. O transmissor em si é constituído por um cristal que oscila à 
frequência de precessão. 
 O sistema gradiente (gradient system) gera campos magnéticos 
variáveis no tempo; 
É este sistema gradiente que é responsável pela capacidade da codificação 
espacial dos sinais detectados para a formação das imagens. Isto deve-se à 
capacidade de controlar localmente o campo magnético e à utilização de três 
bobinas que impões as variações lineares no campo magnético em qualquer 
uma das direcções cartesianas. 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 21 
 O sistema de detecção (detection system) produz o sinal de 
saída; 
A sua principal função é detectar e gerar o sinal de saída a ser processado pelo 
computador e apresenta-se estruturado de acordo com o diagrama de blocos 
da Figura 14. 
 
Figura 14 – Diagrama de blocos do sistema de detecção (Khandpur, 2004) 
 
Aqui a bobina de recepção vai funcionar como uma antena para captar a 
magnetização nuclear flutuante da amostra e converte-la na voltagem flutuante 
de saída V(t). A bobina apresenta-se ligada uma rede de correspondência 
(matching network) que faz a ligação ao pré-amplificador para maximizar a 
energia transferida para o amplificador e introduz um alternador de fase para o 
sinal. O pré-amplificador é um amplificador de baixo ruído que amplifica o sinal 
e o transfere um detector de quadratura de fase. Este circuito de detecção 
recebe o sinal de NMR V(t) e o sinal de referencia e faz a sua multiplicação de 
modo a obter só uma saída e apresenta um filtro 
passa baixo para remoção de todos os componentes 
excepto os centrados em zero. Por fim o sinal é 
processado por um conversor A-D para ser 
transformado numa série de dados a ser analisa no 
computador. 
 O sistema de imagem (imager system) 
inclui o computador para reconstrução e 
Figura 15 – Consola de 
operação do scanner de MRI 
(Prince & Links, 2005) 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 22 
apresentação das imagens (Figura 15) (Khandpur, 2004). 
Na Figura 16 é possível ver como todos estes componentes se 
organizam no interior de um scanner de MRI. 
 
 
Figura 16 – Esquema da construção de um scanner de MRI (Bronzino, 2000) 
 
2.3 – Aplicações da Ressonância Magnética 
 
Algumas das aplicações existem desta tecnologia são: 
 MRI Standard; 
 Imagiologia Eco-Planar (EPI); 
 Fast Imaging with Steady-state Precession (FISP); 
 Half Fourier Acquisition Single-shot Turbo spin Echo (HASTE); 
 Angiografia de Ressonância Magnética; 
 Espectroscopia de Ressonância Magnética; 
 Ressonância Magnética Funcional. 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional 
GabrielaCoelho de Pinho Queirós 23 
Capítulo 3 – Ressonância Magnética Funcional 
 
A fMRI é uma aplicação da MRI que se refere à utilização desta 
tecnologia para detectar alterações localizadas no fluxo sanguíneo e na 
oxigenação sanguínea que ocorrem no cérebro como resposta à actividade 
neuronal. 
O conceito de que o fluxo sanguíneo cerebral poderia reflectir a 
actividade neuronal iniciou-se em 1890 com experiências realizadas por Roy e 
Sherrington e este tornou-se a base de todas as técnicas de imagiologia 
cerebrais baseadas na hemodinâmica. 
Nas ultimas décadas esta técnica tem vindo a ser muito desenvolvida 
com o objectivo de mapear o cérebro humano e tem sido extensivamente 
utilizada para investigar funções cerebrais como a visão, linguagem, motora e 
cognitiva (Buxton, 2009). 
 
3.1 – O Cérebro (Bases de Anatomia e Fisiologia) 
 
O cérebro humano, representado na Figura 17, é o principal órgão do 
sistema nervoso central e o centro de controlo de muitas actividades 
voluntárias e involuntárias do corpo humano e como tal é responsável por 
acções tão complexas como pensamento, memória, emoção e linguagem. No 
adulto este órgão pode ter cerca de 12 biliões de neurónios (células do sistema 
nervoso). 
 
 
Figura 17 – Ilustração do cérebro humano. 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 24 
Apresenta-se dividido em dois hemisférios, esquerdo e direito onde se 
diferenciam as denominadas áreas funcionais, no entanto não existe um 
acordo generalizado para a definição e marcação das fronteiras entre cada 
uma destas e é a ausência destas definições anatómicas que leva a que 
existam várias subdivisões do córtex cerebral. O hemisfério esquerdo é 
responsável pelo pensamento lógico e competência comunicativa O hemisfério 
esquerdo é responsável pelo pensamento lógico e competência comunicativa, 
com áreas altamente especializadas como a Área de Broca (B), responsável 
pela motricidade da fala, e a Área de Wernicke (W), responsável pela 
compreensão verbal, enquanto o hemisfério direito é responsável pelo 
pensamento simbólico e criatividade. O corpo caloso, localizado no fundo da 
fissura sagital, é a estrutura responsável pela conexão entre os dois 
hemisférios cerebrais e é responsável pela troca de informações entre as 
diversas áreas do córtex cerebral. O córtex motor é responsável pelo controle e 
coordenação da motricidade voluntária. Aqui o córtex motor do hemisfério 
esquerdo controla o lado direito do corpo e o córtex motor do hemisfério direito 
controla o lado esquerdo do corpo. O córtex pré-motor, responsável pela 
aprendizagem motora e pelos movimentos de precisão, encontra-se na parte 
em frente da área do córtex motor. O cerebelo é o principal responsável pela 
coordenação geral da motricidade e equilíbrio. O eixo formado pela adeno-
hipófise e o hipotálamo, são responsáveis pelas funções homeostáticas do 
organismo (cárdio-respiratória, circulatória, etc.). 
O córtex cerebral está dividido em quatro áreas chamadas de lobos 
cerebrais, com funções diferenciadas e especializadas representadas nas 
Figura 18: 
 
Figura 18 – Divisão dos lobos cerebrais. 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Pensamento_l%C3%B3gico
http://pt.wikipedia.org/wiki/Pensamento_l%C3%B3gico
http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea_de_Broca
http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea_de_Wernicke
http://pt.wikipedia.org/wiki/Pensamento_simb%C3%B3lico
http://pt.wikipedia.org/wiki/Criatividade
http://pt.wikipedia.org/wiki/Corpo_caloso
http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3rtex_motor
http://pt.wikipedia.org/wiki/Motricidade
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=C%C3%B3rtex_pr%C3%A9-motor&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/wiki/Cerebelo
http://pt.wikipedia.org/wiki/Adeno-hip%C3%B3fise
http://pt.wikipedia.org/wiki/Adeno-hip%C3%B3fise
http://pt.wikipedia.org/wiki/Hipot%C3%A1lamo
http://pt.wikipedia.org/wiki/Homeostase
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Lobo_cerebral&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Lobo_cerebral&action=edit&redlink=1
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 25 
 O lobo frontal, localizado na zona da testa, inclui o córtex motor 
e pré-motor e o córtex pré-frontal e é responsável pelo 
planeamento de acções e movimentos bem como funções que 
possam incluir o pensamento abstracto e criativo, a fluência de 
pensamento e linguagem, respostas afectivas e emocionais, 
vontade e atenção selectiva; 
 O lobo occipital, na região da nuca, está coberto pelo córtex 
cerebral, também designado por córtex visual e é constituído por 
várias sub-áreas especializadas em processar a visão de cor, 
movimento, profundidade e distância; 
 O lobo parietal, na parte superior central da cabeça é constituído 
por duas subdivisões - a anterior designada por córtex 
somatossensorial, com funções relacionadas com as sensações 
(tacto, dor, temperatura, etc.) e a posterior que é uma área 
secundária que analisa, interpreta e integra as informações 
recebidas pela área anterior; 
 E os lobos temporais, nas regiões laterais da cabeça por cima 
das orelhas, têm como principal função processar os estímulos 
auditivos. 
No entanto existe outro mapa também muito utilizado, baseado no 
parcelamento dos hemisférios cerebrais em cerca de 50 áreas 
citoarquitectónicas (Figura 19), por Korbinian Brodmann’s, que se dividem em 
cinco grandes zonas funcionais (Ramachandran, 2002): 
 Limbica; 
 Paralimbica; 
 Associação heteromodal; 
 Associação unimodal; 
 Sensório-motor primário. 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Lobo_frontal
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=C%C3%B3rtex_pr%C3%A9-frontal&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/wiki/Lobo_occipital
http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3rtex_cerebral
http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3rtex_cerebral
http://pt.wikipedia.org/wiki/Vis%C3%A3o
http://pt.wikipedia.org/wiki/Lobo_parietal
http://pt.wikipedia.org/wiki/Posterior
http://pt.wikipedia.org/wiki/Lobos_temporais
http://pt.wikipedia.org/wiki/Cabe%C3%A7a
http://pt.wikipedia.org/wiki/Orelha
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 26 
 
Figura 19 – Visualizações lateral e medial dos hemisférios cerebrais (Ramachandran, 2002). 
 
Em 1990 Ogawa relatou, com base no seu estudo em cérebros de ratos, 
que a o mapeamento funcional do cérebro era possível devido ao efeito BOLD 
(Blood Oxygenation Level Dependent) que se baseia em alterações da 
desoxihemoglobina (dHb), onde esta funciona como um agente paramétrico 
contrastante e cujas alterações de concentração locais no cérebro levam a um 
aumento da intensidade do sinal de MRI (Ogawa, Lee, Kay, & Tank, 1990) . 
Embora os mecanismos que conectam activação neuronal e a fisiologia 
cerebral sejam ainda objecto de muitos estudos, sabe-se que a activação 
neuronal leva a um aumento no consumo de ATP (adenosina trifosfato), o que 
implica um aumento de necessidade de oxigénio e para preencher a 
necessidade dá-se um aumento do fluxo sanguíneo local e estas alterações 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 27 
fisiológicas são fundamentais para a fMRI. Assim, ao atravessar a rede de 
vasos capilares, a oxihemoglobina (HbO2) vai libertar o oxigénio que transporta, 
transformando-se em desoxihemoglobina (dHb), cujas propriedades 
paramagnéticas actuam no sentido de intensificar localmente os efeitos do 
campo magnético externo. Logo, para suprimir esse défice de O2, dá-se um 
aumento de volume e fluxo sanguíneo locais, o que leva a uma posterior 
diminuição na concentração de dHb em relação ao nível basal, sendo estas 
alterações na concentração de dHb que funcionam como agente de contraste 
(Faro & Mohamed, 2010). 
Assim,segundo Pauling & Coryell a dHb é paramagnética (atractiva), 
isto é, magnetiza-se no mesmo sentido do campo magnético a que é exposta e 
a HbO2 é diamagnética (repulsiva) e estas propriedades magnéticas têm um 
efeito directo na intensidade do sinal detectado nas regiões neurais activas. É 
possível verificar que um aumento da concentração de HbO2 no fluxo de 
sangue vai provocar um aumento na intensidade do sinal captado e que numa 
situação contrária, ou seja, na presença de uma maior concentração de dHb 
vai ocorrer uma diminuição da intensidade local devido ao realinhamento de T2 
e T2*. Isto verifica-se porque os eventos que iniciam com o aumento da 
actividade eléctrica e modulam a resposta neurovascular alteram o sinal de 
ressonância magnética no tempo e produzem a função de resposta 
hemodinâmica (Pauling & Coryell, 1936). 
 
3.2 – Aplicações da fMRI 
 
As técnicas de fMRI têm vindo a evoluir muito rapidamente ao longo dos 
últimos anos, juntamente com a evolução dos métodos de análise que 
permitem detectar as alterações na actividade neural. Assim sendo uma das 
principais aplicações da fMRI apresenta-se relaciona com a área das 
neurociências para permitir um melhor estudo dos mecanismos cerebrais tão 
complexos como a percepção, as emoções, o comportamento e a dor, sendo 
de grande interesse conseguir descrever quantitativamente estas funções bem 
como qualitativamente. 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 28 
A fMRI enquadra-se assim com estes objectivos porque envolve um 
conjunto de técnicas que possibilitam a exploração da susceptibilidade dos 
sinais de MRI aos processos fisiológicos associados com a actividade cerebral. 
 
3.2.1 – Organização de um estudo de fMRI 
 
Para a análise da fMRI tem se vindo a utilizar um grande número de 
técnicas derivadas de métodos de processamento e análise estatística. Estas 
podem ser classificadas como derivadas de hipótese e baseadas em modelos 
ou como derivadas de dados e exploratórias. Os métodos baseados em 
modelos incluem análise de variância (ANOVA) e métodos correlacionais e os 
métodos derivados de dados incluem análise de componentes principais (PCA) 
e análise de componentes independentes (ICA), sendo que todos estes 
métodos têm como factor comum a capacidade de identificar as áreas de 
activação cerebrais mais significativas num paciente (Bogorodzki & Rogowska, 
2005). 
Os estudos de fMRI são extremamente dependentes das alterações 
hemodinâmicas cerebrais e para a organização destes é necessário tem em 
conta as características espaciais e temporais destes efeitos hemodinâmicos. 
As características espaciais resultam da vasculatura cerebral e as 
características temporais prendem-se com o atraso inerente às alterações do 
sinal em resposta à actividade neural e com a dispersão das alterações 
hemodinâmicas resultantes ao longo do tempo. 
Com base nas características temporais dos fenómenos hemodinâmicos 
podemos ainda classificar os estudos de fMRI em: 
 Delineamento em blocos, onde a experiencia é desempenhada 
de modo continuo em blocos de tempo (normalmente com a 
duração de 20-60 seg) e cujo objectivo é criar um “estado 
estacionário” das alterações hemodinâmica e neuronal. Este é um 
bom método para detecção de pequenas alterações na actividade 
cerebral; 
 Delineamento relacionado com eventos utiliza padrões de 
resposta temporais em hemodinâmica e as características de 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 29 
resposta linear associados com as aplicações de estímulos 
múltiplos. Estes últimos são aplicados individualmente e em 
ordem aleatória e mede-se a resposta hemodinâmica a cada um 
deles. Este método pode ainda dividir-se em: 
 Delineamento de estudo único espaçado (com longos 
intervalos entre estímulos e são utilizados com o objectivo 
de permitir que no fim de cada estimulo a resposta 
hemodinâmica retorne ao seu estado de repouso); 
 Delineamento de estudo único rápido (que tira partido das 
propriedade de linearidade e sobreposição da resposta 
hemodinâmica. 
Para estes estudos é também de estrema importância saber reconhecer 
as variáveis chave a analisar tais como a resolução espacial, a resolução 
temporal, a cobertura cerebral e a relação sinal-ruído (SNR), para que possam 
ser convenientemente manipuladas para obtenção dos resultados pretendidos. 
Assim, para obtenção de uma resolução espacial muito elevada é necessário 
reduzir a resolução temporal, limitar a cobertura cerebral e diminuir a SNR. 
No entanto há também que ter em conta outros aspectos importantes 
associados a estas técnicas, tais como o custo financeiro extremamente 
elevado e as restrições relativas à segurança do paciente (Savoy, 2002). 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Medicina Tradicional Chinesa – A Acupunctura 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 30 
Capítulo 4 – Medicina Tradicional Chinesa – A Acupunctura 
 
A acupunctura (do latim acus - agulha e punctura - pontuada) é um ramo 
da Medicina Tradicional Chinesa e consiste na aplicação de agulhas, em 
pontos definidos do corpo, chamados de "Pontos de Acupunctura" ou 
"Acupontos", para obter efeito terapêutico em diversas condições. Isto é, 
colocar agulhas da espessura de fios de cabelo em diferentes pontos de 
pressão, em todo o corpo. Acredita-se que o estímulo desses pontos promova 
as capacidades naturais regeneradoras do corpo e aperfeiçoe o seu 
funcionamento. 
A medicina tradicional chinesa está associada às teorias baseadas no 
Taoismo, sobre a dualidade Yin/Yang (aspectos opostos de todo movimento no 
universo). Trata-se no entanto de um conceito hoje considerado quântico que 
os médicos chineses antigos conseguiram adaptar para a medicina. No corpo 
do homem existe um equilíbrio que pode ser alterado por diversos tipos de 
influências, como a alimentação, o comportamento entre outras. Com base 
nisto existem inúmeras formas de diagnóstico na medicina tradicional chinesa. 
Algumas delas são a pulsação, a observação do aspecto da língua, da cor e 
aspectos da pele. 
 A aceitação da acupunctura pela medicina ocidental teve início a partir 
de 1970 com diversos estudos científicos no sentido de comprovar a sua 
eficácia. Em 1973 Chiang e Cols demonstraram que a acupunctura provoca um 
efeito conduzido através dos nervos, ao constatarem que o estímulo das 
agulhas não provocava efeito quando aplicado em áreas bloqueadas por 
anestésicos locais. 
Em 1979, a Organização Mundial de Saúde (OMS) editou uma lista com 
41 doenças nas quais esta técnica teve excelentes resultados e publicou o 
documento Acupuncture: Review and analysis of reports on controlled clinical 
trials, onde expõe os resultados destas pesquisas. Neste documento foi 
analisada a eficácia da acupunctura em comparação com o tratamento 
convencional para 147 doenças, sintomas e condições de saúde. Chan, 
1984,[12] concluiu que muitos dos pontos de acupunctura correspondem a locais 
de penetração das fibras nervosas na fáscia muscular, 309 pontos estão 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Latim
http://pt.wikipedia.org/wiki/Medicina_Tradicional_Chinesa
http://pt.wikipedia.org/wiki/Tao%C3%ADsmo
http://pt.wikipedia.org/wiki/Yin_yang
http://www.wpro.who.int/health_topics/traditional_medicine/publications.htm
http://www.wpro.who.int/health_topics/traditional_medicine/publications.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/Acupuntura#cite_note-11
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Medicina Tradicional Chinesa – A Acupunctura 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 31 
localizados sobre terminações nervosas e 286 pontos localizados sobre os 
principais vasos sanguíneos. 
 
 
 
 
 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Processamento dos dados de fMRI 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 32Capítulo 5 – Processamento dos dados de fMRI 
 
Para o estudo de fMRI são necessárias a aquisição de uma ou várias 
séries temporais de dados funcionais (sequências rápidas de MR), captados 
durante a realização de estímulos sensoriais ou motores ou durante a 
realização de paradigmas, que são conjuntos de tarefas cognitivas, e a 
aquisição de dados anatómicos (sequências lentas de MR) que abranjam as 
áreas de interesse que servem de referência estrutural para a visualização das 
áreas funcionais activas. Após esta aquisição é feita a localização e 
caracterização das regiões cerebrais activadas pelos estímulos. Para tal são 
necessárias várias etapas de processamento das imagens uma vez que todo 
este processo está sujeito à influência de diversos tipos de artefactos que 
podem adulterar as imagens obtidas (Formisano, Salle, & Goebel, 2005). 
Segundo (Jenkinson & Smith, 2001) não existe apenas um protocolo 
para a análise de imagens de fMRI, no entanto há uma sequência base de 
passos para o processamento de imagens de fMRI: 
1. “ Adquirir e reconstruir as imagens individuais 
2. Corrigir a fase das séries temporais para variações de timing dos 
cortes obtidos 
3. Aplicar uma correcção de movimento para corrigir movimentos da 
cabeça 
4. Suavização espacial dos dados para aumentar SNR 
5. Filtrar cada série temporal de voxel’s para remover variações 
temporais e ruído de elevada frequência 
6. Realizar a análise estatística (através da geração de um mapa 
estatístico paramétrico – um SPM) 
7. Thresholding do SPM para encontrar as regiões activas 
significantes.” 
 
5.1 – Pré-Processamento 
 
O contraste devido ao efeito BOLD, aliado a técnicas de aquisição 
rápida, permite a visualização de determinados processos cerebrais. No 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Processamento dos dados de fMRI 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 33 
entanto, tais alterações de contraste não são visíveis directamente, o que 
implica a utilização de algoritmos computacionais para a visualização dessas 
mesmas áreas. 
 
5.1.1 – Correcção do movimento 
 
Durante a aquisição das imagens, qualquer movimento realizado pelo 
paciente, desde pequenos movimentos da cabeça ao pulsar dos vasos 
sanguíneos, vai gerar artefactos de movimento. Estes são responsáveis por 
distorções na análise de séries de dados e nem sempre é possível a sua 
correcção através de técnicas de pós-processamento. Assim, aplicam-se 
algoritmos de realinhamento das imagens captadas que permitam obter a 
função de transformação geométrica mais adequada à minimização de 
diferenças entre as imagens (Buxton, 2009). 
 
5.1.2 – Correcção temporal 
 
A obtenção dos dados das séries temporais é feita pela aquisição de um 
corte de cada vez o que implica que as diferentes partes do cérebro não sejam 
analisadas em simultâneo e que os dados não possam ser considerados como 
uma amostra instantânea. Assim, para a correcção deste desfasamento 
ajustam-se os dados através de um deslocamento aproximado de cada série 
temporal de voxel’s que pode ser feito pela aplicação de uma interpolação 1-D 
no domínio temporal ou pela aplicação de uma transformada de Fourier 
(Formisano, Salle, & Goebel, 2005). 
 
5.1.3 – Suavização espacial 
 
Este passo tem como principal objectivo a aplicação de filtros de 
suavização para reduzir os efeitos de distorção possivelmente causados pela 
instrumentação ou mesmo pela actividade fisiológica do cérebro que possam 
levar à presença de ruído. Assim para este fim recorre-se normalmente a filtros 
passa-baixo, como é o caso do filtro Gaussiano 3D, cujos efeitos podem ser 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Processamento dos dados de fMRI 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 34 
observados na Figura 20, para fazer uma suavização espacial das séries 
temporais das fMRI (Formisano, Salle, & Goebel, 2005). 
 
 
Figura 20 – Aplicação de um kernel de suavização Gaussiano 3D 
 
5.2 – Segmentação 
 
O processo de segmentação das imagens tem um papel muito 
importante na extracção de informação e atributos úteis das imagens a 
analisar. Este é um dos passos mais importantes para a análise, compreensão 
e interpretação das imagens e o seu principal objectivo é dividi-las em regiões 
que sejam homogéneas no que respeita a certos critérios ou características. 
Cada região pode ser processada separadamente para extrair a informação. 
Este processo pode ser acompanhado pela identificação de todos os píxeis ou 
voxels que pertençam à mesma estrutura ou região. A segmentação das 
imagens não é apenas importante para a extracção de características e 
visualização mas também para a realização de medições e compreensão das 
mesmas. 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Processamento dos dados de fMRI 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 35 
A segmentação de dados provenientes da fMRI é algo difícil 
principalmente devido ao aumento da dimensionalidade dos dados e às 
limitações físicas impostas por esta técnica. 
A quantificação precisa da fisiologia regional depende da delineação 
(segmentação) precisa das estruturas ou regiões de interesse (ROI) e o 
principal papel destas é: 
 Permitir a quantificação; 
 Reduzir o conjunto de dados por concentração da análise das 
ROI extraídas; 
 Estabelecer uma correspondência estrutural para as amostras 
fisiológicas dentro das regiões. 
A abordagem mais directa de segmentação é a delineação manual das ROI, 
mas existem também métodos semiautomáticos que permitem remover a 
subjectividade da definição desta devida aos operadores humanos. 
De um modo geral, as técnicas de segmentação podem dividir-se em 
quatro classes: 
 Thresholding 
É uma das técnicas mais simples de implementar. Nesta, selecciona-se um 
valor (threshold) predefinido e divide-se a imagem em grupos de píxeis cujos 
valores sejam iguais ou superiores ao do threshold e em grupos com valores 
mais baixos. A abordagem mais utilizada é a de Thresholding Global que é 
também a mais simples e computacionalmente mais rápida, mas existem 
também outras abordagens como a de Thresholding Local e a de Thresholding 
Dinâmico. Estas duas últimas são muito úteis quando o valor do thresholding 
não consegue ser determinado a partir do histograma. 
 Segmentação baseada em orlas 
Esta abordagem apresenta duas componentes: 
 Detecção das orlas 
 Ligação/Seguimento das orlas 
Para determinação das orlas e das regiões. Estas podem ser definidas por 
transições abruptas na intensidade dos píxeis que pode ser reflectida pela 
informação do gradiente. A implementação da detecção de orlas pode ser 
acompanhada pela convolução da imagem original com uma máscara (janela 
ou kernel) que vai percorrer toda a imagem. Para resolver possíveis falhas 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Processamento dos dados de fMRI 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 36 
causas por ruído ou artefactos da aquisição implementa-se seguidamente a 
ligação das orlas para estabelecer a ligação entre os píxeis de modo a formar 
orlas mais significativas ou regiões fechadas. 
 Segmentação com base em regiões 
Esta abordagem examina os píxeis da imagem e forma regiões disjuntas por 
união de píxeis vizinhos com propriedade de homogeneidade baseadas em 
critérios de semelhança. A imagem original pode ser montada por junção de 
todas as regiões sem que haja sobreposição entre estas. A técnica mais 
simples para esta abordagem é o Region Growing que é utilizado para extrair a 
região ligada de píxeis semelhantes da imagem. Este algoritmo requer uma 
medida de similaridade que determine os critérios de inclusão de píxeis e de 
paragem para paragem do crescimento da região. 
 Classificação de píxeis 
Trata-se de uma abordagem que utiliza a estatística do histograma para definir 
thresholds simples ou múltiplos para classificar as imagens. Torna-se muito útil 
quando os píxeis apresentamvárias características que possam ser 
expressadas através de um vector num espaço de características 
multidimensional. A segmentação das imagens pode ser realizada através de 
clustering de todas as características de interesse para imagens multicanal ou 
multiespectais. Clustering é um processo de combinação e agrupamento de 
objectos similares num único cluster enquanto os objectos com outras 
características são agrupados em clusters diferentes. A similaridade é 
quantificada em termos de uma medida de distância apropriada. 
Estas técnicas são normalmente aplicadas para a segmentação de 
imagens 2D, mas existem também algumas abordagens mais avançadas de 
segmentação: 
 Segmentação baseada em modelos (utiliza modelos analíticos 
para descrever a forma das ROI); 
 Segmentação multimodal (integra informação disponível de 
diferentes modalidades de imagiologia); 
 Abordagens multivariadas (onde as estruturas são identificadas 
e extraídas com base na informação temporal presente em 
imagens dinâmicas) (Suri, Wilson, & Laxminarayan, 2005). 
 
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Considerações finais e Perspectivas futuras 
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 37 
Capítulo 6 – Considerações finais e Perspectivas futuras 
 
Com base no estudo realizado para esta Monografia pode-se concluir 
que os sistemas de MRI são de extrema importância já que providenciam 
informação científica de elevada resolução e que pode ser obtida de modo não 
invasivo. 
 Trata-se de uma área da imagiologia de grande relevância devido 
aos avançados no conhecimento do funcionamento e anatomia do corpo 
humano que têm permitido, tornando-se cada vez mais detalhados e rápidos e 
menos dispendiosos. 
 A área da imagiologia médica tem também sofrido grandes 
avanços ao longo do tempo, principalmente no que diz respeito ao 
desenvolvimento de algoritmos e ferramentas computacionais cada vez mais 
rápidos e objectivos. 
 O estudo da fMRI permitiu adquirir vários conhecimentos 
relativamente aos conceitos inerentes a esta técnica e também aos conceitos 
inerentes ao processamento das imagens que será necessário durante o 
desenvolver da dissertação. 
Para estudo futuro pretende-se fazer um estudo mais aprofundado da 
Ressonância Magnética Funcional ao nível de testes de acupunctura com o 
objectivo de detectar, identificar e delimitar as zonas de activação cerebral que 
esta técnica provoca e para tal torna-se necessário adquirir um conhecimento 
mais aprofundado dos conceitos inerentes às técnicas de fMRI e dos 
respectivos algoritmos e softwares de tratamento de dados a usar no 
desenvolvimento deste projecto. 
 
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