Trabalho de Biofísica

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Departamento de Física e Biofísica 
2 ​a​ Prova - Biofísica de Instrumentação Médica – 30/11/2018 
 
 
Alunos: ​Hugo Lago de Sant’Anna Rocha, Isadora Penedo de Souza, Ivan Moraes 
Rossi, Maria Laura Cruz Silva, Natália Munhoz Alves, Priscilla Epprecht Machado 
França. 
 
Entregar até dia 5/12/2018 
 
 
1- O que é “flip angle”? Discuta como reflete na imagem. 
 
O Flip Angle é o ângulo em que os pulsos de radiofrequência (RF) desviam o 
vetor de magnetização (M) do plano longitudinal(Mo) para o plano transversal (Mxy). 
Durante a ressonância magnética, o campo magnético (Bo) formado alinhará os 
prótons presentes no corpo de forma que alguns estarão no mesmo sentido de Bo e 
outros no sentido oposto, se cancelando. Porém sempre há prótons a mais que não se 
cancelam, formando o que é chamado de vetor de magnetização resultante (Mo) no 
plano longitudinal. 
Os prótons possuem seus momentos magnéticos individuais em torno de Bo e 
numa frequência angular igual, porém, suas fases não são correspondentes, logo não é 
possível se ter um componente de magnetização no plano transversal. Se todos os 
momentos magnéticos individuais forem desviados em 90º para o plano transversal e 
todos estiverem precessando na mesma posição, ou seja, estiverem na mesma fase, o 
sinal induzido na bobina que o detectará estará em seu ápice. 
Para que vetor Mo consiga ser reorientado, usa-se um segundo campo 
magnético pulsado, o B1, que é feito através de rádio frequências (RF). Ele é 
perpendicular a Bo e em fase com a frequência de precessão. Com B1, o vetor M é 
afastado do alinhamento com Bo em um ângulo α. Esse ângulo é o ângulo de desvio, 
ou Flip Angle. Quando ele é de 90º, o vetor M é transferido totalmente para o plano 
transversal. 
 
 
A imagem irá se formar através de dois processos de relaxação, o longitudinal e 
o transversal, sendo que o longitudinal (T1) tem relação com o tempo de Mo voltar ao 
eixo longitudinal e o transversal (T2) tem relação com o tempo que Mxy é reduzido 
saindo do plano transversal. Dependendo do Flip Angle, a imagem estará mais intensa 
ou não, pois o tempo será maior ou menor. No caso de T1, quanto menor o tempo para 
o Mo chegar ao eixo longitudinal, maior a intensidade do sinal, que na imagem se 
reflete como uma área mais branca. 
 
2- O que é ângulo de insonação e seus problemas físicos na obtenção de 
imagem Doppler-vascular? 
 
O ângulo de insonação ou ângulo Doppler é o ângulo entre o fluxo de pulsos 
Doppler e a direção do vaso a ser examinado. Esse ângulo influencia nas medidas de 
velocidade do fluxo, e no caso de não estar ajustado corretamente pode provocar 
mudanças brutais nas estimativas de velocidade. No Doppler vascular, é indicado obter 
um ângulo de insonação de 60º ou menos, pois a presença de medições inexatas de 
velocidade são mais frequentes em ângulos maiores que 60º comparado a ângulos 
menores que 60º. Em casos em que o ângulo de insonação é 90º, a imagem aparece 
obscura ou com ruídos devido a ausência de descolamento de frequência, então é 
indicado mudar a posição em que o vaso está sendo examinado para obter um ângulo 
de insonação mais agudo. Porém nem sempre isso é possível, portanto uma outra 
alternativa é utilizar transdutores lineares com feixes sonoros que emitam ondas em 
ângulos mais agudos, enquanto que a imagem bidimensional permanece a mesma. 
 
3- Quais as vantagens de um PET frente ao SPECT? Discuta. 
 
A tomografia por emissão é uma modalidade de imageamento médico que utiliza 
moléculas marcadas com radionuclídeos, também denominadas radiofármacos, a fim 
 
de se obter informações funcionais e metabólicas acerca de determinado tecido, 
sistema ou órgão específico. 
Dependendo do modo de decaimento do radionuclídeo utilizado na técnica, as 
tomografias por emissão podem ser divididas em dois grandes grupos: o da tomografia 
por emissão de fóton único (SPECT) e o da tomografia por emissão de pósitrons (PET). 
Enquanto na SPECT o núcleo do radionuclídeo expressa seu excesso energético 
através da emissão de um ou mais fótons, na PET o excedente de energia é liberado 
na forma de um pósitron, a anti-partícula do elétron. Esse pósitron, ao reagir com os 
elétrons dos átomos do tecido do paciente, produz o fenômeno de aniquilação, que 
libera no processo um par de fótons em direções opostas. 
● Vantagens do PET frente ao SPECT: 
 
● Sensibilidade 
Uma das mais relevantes vantagens do imageamento por PET frente ao por 
SPECT é a de exibir uma sensibilidade muito maior, isto é, a tomografia por emissão 
de pósitrons possui a capacidade de detectar e registrar uma porcentagem muito maior 
dos eventos emitidos. 
A sensibilidade reduzida do SPECT se dá em razão de nessa técnica serem 
utilizados colimadores físicos com a finalidade de rejeitar os fótons cujo ângulo de 
incidência não se encontra dentro do intervalo angular. Os colimadores empregados 
exibem baixa eficiência geométrica, ou seja, a porcentagem de fótons detectados pela 
proporção de fótons emitidos é baixa. 
No PET, devido à natureza da emissão decorrente da aniquilação (dois fótons 
são emitidos em direções opostas a partir de um mesmo evento) não há a necessidade 
da utilização de colimadores físicos. A colimação pode ser realizada eletronicamente, 
por meio do método de detecção coincidente, logo, não há tanta perda na detecção dos 
fótons emitidos. 
O alto grau de sensibilidade inerente à modalidade PET implica em numerosos 
benefícios, dentre eles: propicia uma qualidade de imagem e resolução temporal 
 
aperfeiçoadas, possibilita a realização varreduras mais curtas, bem como permite que 
sejam realizadas múltiplas varreduras com diferentes campos de visão. 
Uma vantagem adicional da tomografia por emissão de pósitrons sobre a 
tomografia por emissão de fóton único é a meia-vida mais curta dos radionuclídeos 
utilizados na PET que permite uma sensibilidade de detecção maior dado um período 
de tempo. Isso ocorre, pois radionuclídeos com meia-vida mais curtas podem ser 
injetados nos pacientes com atividades mais altas sem que haja risco adicional de dano 
radioativo gerando, assim, uma maior quantidade de radiação detectável ao longo do 
tempo. 
 
● Resolução Temporal 
A habilidade de produzir imagens dinâmicas está se tornando cada vez mais 
importante no campo da medicina nuclear, pois permite a avaliação da distribuição dos 
radiofármacos dentro do corpo, fator que oferece informações valiosas acerca da 
fisiologia tecidual. 
Esse imageamento dinâmico, por sua vez, traz a tona o conceito de resolução 
temporal. A resolução temporal avalia quão frequentemente um instrumento captura 
imagens “aceitáveis” de um objeto em um campo de visão e é dependente de fatores 
como o algoritmo de reconstrução utilizado, bem como de propriedades que 
influenciam a sensibilidade do sistema de imageamento,como por exemplo, o 
complexo de colimadores no SPECT. Quanto melhor a sensibilidade da modalidade de 
imageamento, melhor será sua resolução temporal. 
Nesse sentido, a tomografia por emissão de pósitrons possui vantagem sobre a 
tomografia por emissão de fóton único quando se trata de estudos dinâmicos. 
 
● Coeficiente de atenuação 
O coeficiente de atenuação refere-se à propriedade da radiação emitida de 
interagir com o tecido e com outros materiais enquanto passa pelo corpo. 
 
A modalidade de imageamento PET até pouco tempo atrás exibia, em geral, 
imagens de melhor qualidade quando comparadas às imagens produzidas via SPECT, 
dentre outros fatores, devido a uma maior facilidade de desenvolvimento de técnicas de 
correção da atenuação. 
Essas técnicas de correção, por serem implementadas em forma de 
melhoramentos do software/hardware, eram limitadas na correção da atenuação na 
SPECT. Isso costumava ocorrer em razão da barreira do SPECT possuir 
softwares/hardwares fracos. Essa tendência, entretanto, vem mudando com o passar 
do tempo devido ao desenvolvimento dessas especificações. 
 
4- O que é imagem por elastometria em US? 
 
A elastometria é um método diagnóstico sensível e específico, muito utilizado 
para patologias como a fibrose hepática. A elastometria por ultrassom é um tipo desse 
método com o propósito de medir a elasticidade de um tecido. O aparelho emite ondas 
de ultrassom e as recebe de volta. O tempo que as ondas demoram para ser 
detectadas pode ser alterado pela velocidade de propagação das ondas no tecido, que 
por sua vez está relacionado com a elasticidade ou rigidez do tecido. A elasticidade do 
tecido é calculada por um software através destas informações. A imagem formada 
representa a elasticidade do órgão em questão, que é medida em kilopascals, sendo o 
pascal a unidade padrão de pressão e tensão no sistema internacional de unidades. 
 
5- O que é imagem por difusão em RMN? 
 
A imagem por difusão em RMN é feita através do movimento browniano, que é a 
diferença de movimentos das moléculas de água nos tecidos. A partir dos resultados é 
possível a obtenção de dados quantitativos e qualitativos que vão refletir as alterações 
ao nível celular, sendo considerada uma ferramenta importante para detecção e 
 
caracterização tumoral, e também para monitoramento da resposta do paciente ao 
tratamento que está sendo utilizado. 
 Com o uso da sequência de difusão é possível realizar o cálculo do coeficiente 
de difusão aparente (ADC), sendo uma medida quantitativa que é diretamente 
proporcional a difusão das moléculas de água e inversamente proporcional à 
celularidade. Um alto valor de ADC implica que a água tem maior capacidade de 
movimentação, e isso ocorre, por exemplo, quando as estruturas celulares como a 
membrana estão presentes e intactas. Já processos como a alta proliferação celular, 
por exemplo, em tumores malignos, e a apoptose, influenciam na densidade celular 
criando mais barreiras para a difusão das moléculas extracelulares de água, com isso 
reduzindo ADC. 
 A aquisição da imagem é feita por uma sequência chamada spin-echo (SE), que 
se caracteriza pela aplicação de um pulso inicial de radiofrequência em 90º seguido por 
um pulso de radiofrequência em 180º para com isso ser obtido um eco. A partir disso é 
possível investigar os padrões de difusão nos tecidos. Elas são adquiridas mais 
especificamente através da combinação de uma sequência SE com dois gradientes de 
difusão (Sequência Stejskal-Tanner), isso quer dizer que junto aos pulsos de 
radiofrequências, são aplicados dois gradientes de difusão muito longos e muito fortes. 
Esses gradientes de difusão são aplicados antes e após o impulso de radiofrequência 
de 180º. A força da ponderação da difusão depende da magnitude e da duração dos 
grandientes de difusão em função do tempo de difusão. 
 A função do primeiro gradiente de difusão é alterar mudança de fase de cada 
próton em que o valor vai depender da localização espacial da água em relação ao 
gradiente. Já o segundo gradiente de difusão vai inverter a mudança de fase quando a 
água não se mover entre a aplicação do primeiro e do segundo gradiente. Se ocorrer o 
movimento da molécula de água entre a aplicação dos gradientes, a inversão da 
mudança de fase não vai ocorrer, o que causa perda de sinal nesta localização 
espacial. 
 
 A partir disso, é possível afirmar que nas imagens feitas através da difusão 
ocorre uma atenuação do sinal normais em que o movimento da água é aleatório. O 
grau dessa atenuação vai depender da amplitude e da direção dos gradientes de 
difusão que foram aplicados, pois as combinações dos eixos X, Y e Z podem produzir 
uma imagem ponderada por difusão. 
Os tecidos que têm movimento restrito de água aparecem com um alto sinal, já 
que o efeito do primeiro gradiente é cancelado pelo segundo gradiente. 
 
6- Como funciona a técnica de perfusão em TC? 
 
A técnica de perfusão por tomografia computadorizada (PTC) difere da 
tomografia computadorizada (TC) em vários pontos. A TC é um processo no qual se 
obtém uma imagem de uma secção reta do paciente, possibilitando uma avaliação 
morfológica e estrutural dos órgãos e lesões retratados, enquanto que a PTC, uma 
técnica mais recente, possibilita também uma avaliação funcional dos tecidos 
analisados, pela verificação de sua vascularização via rastreio da passagem 
intravenosa de um contraste iodado, hidrossolúvel e não iônico, através do órgão em 
questão. A perfusão por TC é capaz de caracterizar comportamentos vasculares 
atípicos, podendo detectar alterações características de determinadas lesões ou 
tecidos não sadios. 
A realização da PTC depende da utilização de tomógrafos equipados com 
múltiplos detectores (capazes de visualizar rapidamente um grande volume de tecido) 
para medir as mudanças na densidade tecidual ao longo do tempo (unidades de 
Hounsfield – UH), após a injeção intravenosa de um meio de contraste iodado. O realce 
tecidual depende da concentração de iodo no tecido, refletindo, indiretamente, a 
vascularização tecidual. 
 
A passagem do contraste é registrada por uma curva de concentração de 
contraste vs. tempo. Vários cortes são adquiridos simultaneamente no mesmo lugar 
para permitir a determinação da curva. A partir desta curva, usando um modelo 
matemático (deconvolução ou compartimental), são calculados parâmetros funcionais 
para cada pixel de imagem, como o volume (ml/100 g)e volume sanguíneo(ml/100 
g/min), tempo médio de trânsito (MTT – tempo médio para o sangue atravessar a rede 
capilar, medido em segundos), pico de realce (PE – pico de realce tecidual após 
administração do contraste, medido em UH), e tempo para pico de realce (TTP – tempo 
até atingir o pico de realce, medido em segundos). 
Ao administrar-se o meio de contraste, a determinação do realce tecidualapresenta duas fases. Na primeira fase, o realce ocorre essencialmente devido à 
distribuição do contraste dentro do espaço intravascular, sendo determinado pelo fluxo 
e volume sanguíneos teciduais. Quando o contraste atravessa a membrana basal, 
passando do espaço intravascular para o extravascular, tem início a segunda fase. 
Nesta fase, o realce tecidual está relacionado com permeabilidade vascular, e é 
resultado da distribuição do contraste entre ambos os compartimentos vasculares. 
Após o fim da perfusão, as imagens adquiridas são reconstruídas e depois 
transferidas para uma workstation, onde ocorre a criação dos mapas funcionais e 
cálculo dos valores dos parâmetros funcionais. Delimita-se uma região de interesse 
(ROI) circular na região central de uma artéria de grande calibre, para ser usado como 
referência da concentração arterial de contraste. Uma vez que a ROI de referência é 
estabelecida, desenham-se outras ROIs ao redor das lesões ou área de interesse para 
a quantificação dos parâmetros funcionais. Depois de definidas as ROIs, um software 
calcular os valores dos parâmetros de acordo com o equipamento e o modelo 
matemático utilizado. 
Os dados obtidos por PCT são considerados biomarcadores, por demonstrarem 
as diferenças entre tecidos sadios e doentes e a resposta precoce a tratamentos 
quimioterápicos. 
 
7- Faça sua crítica construtiva (positiva ou negativa) para a disciplina. 
 
A disciplina de Biofísica da Instrumentação foi importante para os alunos que 
pensam em trabalhar na área de imagenologia, radiodiagnóstico e radioterapia e para 
completar a nossa formação como biomédicos. Com muitos dos conceitos dados em 
aula foi possível saber da aplicabilidade no dia a dia e também entender realmente no 
que é possível um biomédico atuar nessa área. Infelizmente não tivemos muitas aulas 
práticas ou visitas técnicas em relação aos assuntos abordados, acreditamos que com 
elas, teríamos aproveitado melhor o que foi ensinado e visto na prática o significado de 
todos os conceitos que aprendemos em aula. Da parte dos alunos, foi percebido que 
não se teve uma grande adesão à disciplina, visto que as aulas sempre contavam com 
apenas metade dos alunos inscritos na disciplina. 
 
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