TCC_Bobinas de RF - utilização eficaz de bobinas receptoras em estudos de ressonância magnética para otimização (1)

Prévia do material em texto

Resumo — A ressonância magnética é uma modalidade que 
tem sido usada como instrumento clínico fundamental para a 
propedêutica diagnóstica. A eficiência das técnicas e protocolos 
acompanha a evolução científica do exame e da biologia que o 
cerca. O presente estudo busca entender a constituição e 
funcionamento de um componente cuja relevância é muito maior 
que a de um simples acessório. As bobinas de RF usadas em 
ressonância magnética, quando compreendidas em relação a sua 
utilização e composição permitem que as equipes de diagnóstico 
explorem melhor seu potencial. A evolução e avanço construtivo 
dessas bobinas de RF acompanharam o desenvolvimento da 
eletrônica. Desta forma, a física empregada para a formação da 
imagem pôde ser otimizada, refletindo diretamente na qualidade 
da imagem apresentada pelo equipamento. Podemos destacar uma 
série de parâmetros e variáveis que ao interagirem entre si 
influenciam em pontos fundamentais para a melhoria do exame: a 
relação sinal-ruído, a razão contraste-ruído e a resolução espacial. 
Palavras chave — Bobinas, radiofrequencia, ressonância 
magnética, RF, RM. 
Abstract — MRI is a modality that has been used as fundamental 
diagnostic procedures for clinical tool. The efficiency of the 
techniques and protocols accompanying the evolution of scientific 
examination and biology that surrounds it. This study seeks to 
understand the formation and operation of a component whose 
relevance is much greater than a simple accessory. The RF coils 
used in magnetic resonance imaging, when understood in relation 
to their use and composition allow teams to better exploit their 
diagnostic potential. The evolution and advancement of these 
constructive RF coils accompanied the development of electronics. 
Thus, employed to image formation physics could be optimized, 
reflecting directly on the quality of the image displayed by the 
machine. We highlight a number of parameters and variables 
interact to influence each other on key points to improve the 
exam: the signal-to - noise, contrast -to-noise ratio and spatial 
resolution. 
Index Terms — Coils, magnetic resonance, MRI, radio frequency, 
RF. 
I. INTRODUÇÃO 
 
A ressonância magnética foi utilizada para fins diagnósticos 
há pouco mais de 30 anos, quando foi possível realizar as 
primeiras imagens do corpo humano. Em 1946, o fenômeno 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Nacional de 
Telecomunicações, como parte dos requisitos para a obtenção do Certificado 
de Pós-Graduação em Engenharia Clínica e Biomédica. Orientador: Prof. 
Marco Túlio. Trabalho aprovado em julho/2014 
físico já havia sido descrito por Block e Pucell para utilização 
com fins industriais, portanto, todo este intervalo demonstra a 
complexidade e o tempo necessário para o aprimoramento 
tecnológico a partir do avanço dos conceitos de física 
aplicada. Outros pontos fundamentais para a viabilidade fabril 
e comercial dos equipamentos de ressonância magnética foram 
o desenvolvimento de componentes eletrônicos e a evolução 
dos sistemas de resfriamento do magneto para manutenção do 
campo magnético. Todo o investimento se justifica uma vez 
que estamos falando de um equipamento de diagnóstico por 
imagem que, desde a sua descoberta, não apresentou efeitos 
deletérios relacionados ao campo eletromagnético a qual o 
paciente é exposto. [1] 
No processo de transmissão da RF, a principal função de 
uma bobina é a capacidade de produzir um campo magnético 
com alta homogeneidade dentro da região de interesse (RI). 
Além disso, muitas bobinas fazem também a recepção da 
resposta da relação sinal-ruído. Pela importância da função 
que realiza, as bobinas de RF são parte fundamental para o 
processo de melhoria da qualidade das imagens em sistemas de 
ressonância magnética. 
A ressonância magnética representa, na medicina 
contemporânea, um dos métodos mais estudados em todos os 
grandes centros médicos mundiais. 
II. PRINCÍPIOS FÍSICOS PARA OBTENÇÃO DAS IMAGENS 
 
A técnica de obtenção de imagens por ressonância 
magnética é uma extensão de técnicas similares, que também 
utilizam campos elétricos e magnéticos utilizados há muito 
tempo em física e química para fins não relacionados à 
imagem, baseado na interação de campos magnéticos com 
pulsos de radiofreqüência. 
Os princípios de RM têm por base o movimento giratório de 
um núcleo específico presente em tecidos biológicos, 
conhecidos como núcleos ativos em RM. A fonte de formação 
da imagem em ressonância são átomos de hidrogênio. Quando 
submetidos ao campo magnético os vetores dos prótons 
atômicos tendem a se alinhar ao eixo do campo magnético no 
mesmo sentido, mas não obrigatoriamente na mesma direção. 
Esse alinhamento acontece de modo paralelo e antiparalelo, 
com níveis de energia distintos devido às leis de indução 
eletromagnética. O equipamento produz, através de 
Bernardo A.C. Dória & Marco Túlio Perlato 
Bobinas de RF: utilização eficaz de bobinas 
receptoras em estudos de ressonância magnética 
para otimização da RSR. 
 
amplificadores eletrônicos de radiofrequência, diferentes 
pulsos. Eles interagem com os átomos magneticamente 
alinhados, causando desalinhamento vetorial de seus spins. Os 
pulsos também geram um ruído relevante e desconfortável 
para a maioria dos pacientes. Quando a emissão de RF cessa, 
observa-se o retorno do alinhamento de origem. A leitura 
dessa diferença vetorial dos prótons de hidrogênio submetidos 
ao campo magnético e a aplicação de pulsos de 
radiofreqüência são convertidos em logaritmos matemáticos, 
representando a intensidade de sinal dos diferentes tecidos, 
permitindo o contraste entre as estruturas[2]. 
Os prótons de hidrogênio são utilizados por três motivos 
básicos: 
• Fazem parte da constituição da água e da maior parte das 
moléculas orgânicas. Esta presença abrangente favorece a 
leitura da intensidade de sinal de diversos tecidos. 
• A análise do sinal emitido pelo hidrogênio é 
significativamente diferente quando presente nos tecidos 
normal e patológico. 
• Ele se comporta como um pequeno dipolo magnético. Por 
ser uma partícula carregada positivamente gera um campo 
magnético próprio ao seu redor. Isso significa dizer que 
ele tem bom momento magnético. 
III. CONSTITUIÇÃO DO EQUIPAMENTO 
 
O equipamento de ressonância magnética possui um 
complexo aparato mecânico e eletrônico, fruto de uma 
engenharia moderna organizada entre hardwares e softwares. 
 
 
Legenda 
Fig. 01 – Componentes do gantry de um 
equipamento de Ressonância Nuclear 
Magnética de campo fechado. 
 
Este sistema pode ser visto na imagem acima e é composto 
pelo magneto, sistemas de RF e bobinas, sistema de gradiente 
e bobina, shim coils, interface do operador, computador e um 
sistema de aquisição de dados. 
O magneto é o maior objeto deste equipamento. Possuem 
vários tamanhos e configurações, o que interfere diretamente 
na intensidade do campo. Os três tipos básicos de magnetos 
são os resistivos, magnetos permanentes e supercondutores, 
sendo este último baseado na inibição de resistência elétrica 
nos fios. 
IV. CAMPO MAGNÉTICO 
 
O campo magnético é a essência da RM. Equipamentos 
classificados como High Field são maioria nas instalações de 
diagnóstico por imagem (acima de 1.5 Tesla). 
Comparativamente, o campo magnético da terra é da ordem de 
0.5 Gauss enquanto que 1 Tesla corresponde a 10000 Gauss. 
A manutenção de baixas temperaturas no interior do magneto é 
fundamental para a homogeneidade do campo magnético, 
também chamado de B0. A criogenia é induzida por Nitrogênio 
e depois mantida com Hélio líquido. Além disso, o shiller 
contribui promovendo a troca de calor usando água dentro de 
um circuito fechado. 
V. RADIOFREQUÊNCIA 
 
Produzida por um módulo específico chamado amplificador, 
os pulsos de radiofreqüência são tão necessários quanto é o 
magneto para a RM. Estes pulsos de radiofrequência são 
direcionados para a região do corpo que será avaliada. Essa 
região de interesse precisaser posicionada no isocentro 
magnético do equipamento para que haja maior sensibilização 
do hidrogênio. Neste ponto os pulsos gerados pelo 
equipamento transmitem a energia que será absorvida pelos 
prótons, fazendo com que comecem a girar em mais de um 
sentido, a maioria na mesma direção. Este alinhamento para 
uma frequência específica é chamada frequência de Larmor. 
Quando cessa o sinal de RF os prótons voltam a sua posição 
inicial de alinhamento e liberam energia. 
VI. BOBINAS 
 
 Diversos tipos de bobinas compõem um sistema de 
ressonância magnética. Com funções específicas e 
constituições bem diferentes cada uma delas é fundamental 
para o funcionamento da máquina. Algumas delas são 
acessórios fáceis de identificar e posicionados sobre ou sob a 
região anatômica em destaque, enquanto que outras são 
componentes localizados no interior do equipamento, cercados 
por uma complexa constituição mecânica e eletrônica. 
 
Bobinas de Shiming 
 
Bobinas de shiming são bobinas eletromagnéticas menores, 
utilizadas para manter ou corrigir os distúrbios da 
homogeneidade do campo magnético, pois é praticamente 
impossível produzir um campo magnético perfeitamente 
homogêneo. Colaboram com a homogeneidade e ajuste da 
“sintonia fina” do magneto, tornando-o o mais homogêneo 
possível em seu centro, onde as imagens são obtidas. 
 
 
 
 
 
Bobinas de Gradiente 
 
 Bobinas de gradiente são componentes eletromagnéticos 
com potencial para provocar variações lineares no campo 
magnético, possibilitando a localização espacial do sinal de 
RM ao longo de três direções perpendiculares. Elas envolvem 
o bore, logo abaixo do magneto principal. São especialmente 
capazes de localizar a estrutura e orientar a aquisição das 
imagens nos três eixos: transversal, sagital e coronal. 
 
Bobina de Corpo 
 
 A bobina de corpo é uma parte fixa dentro do magneto e 
envolve todo o paciente durante o exame. São responsáveis 
por transmitir a radiofrequência para praticamente todas as 
sequências de pulso. Apesar de sua principal função estar 
relacionada à transmissão, também pode ser utilizada para a 
recepção do sinal, porém, com qualidade inferior em relação 
as bobinas de contato ou superfície. 
 
 
Bobinas de RF 
 
São dispositivos elétricos 
compostos por múltiplos fios, 
capazes de detectar uma 
oscilação do campo 
magnético quando há 
influência de uma corrente 
elétrica induzida. Algumas 
bobinas de RF são 
transmissoras e receptoras, 
porém, a grande maioria só 
possui antenas receptoras, 
neste caso a transmissão do 
sinal é realizada pela bobina 
de corpo. Arranjo de fios do conector 
 
Existem atualmente bobinas dedicadas que possuem 
formato anatômico para determinada parte do corpo. Com 
isso, além de mais conforto ao paciente, elas diminuem a 
distância entre a superfície das bobinas acessórias e o tecido 
estudado. 
 
Entretanto, o número de canais é a principal característica 
de uma bobina de superfície quando relacionamos à qualidade 
do sinal recebido. Quanto maior o número de canais maior a 
capacidade de subdividir em áreas menores a mesma área útil 
de uma bobina, fazendo com que a intensidade do sinal 
recebido apresente mais pontos de leitura. 
VII. INFLUÊNCIA DO OPERADOR TÉCNICO PARA OTIMIZAÇÃO 
DO SINAL/RUÍDO ATRAVÉS DA ESCOLHA E 
 
Para otimização do sinal/ruído através da escolha ideal e 
posicionamento da bobina de recepção é fundamental que o 
operador técnico entenda os conceitos físicos básicos que 
envolvem a RM. 
O conceito primário está relacionado à compreensão da 
influência do isocentro magnético, local onde a 
homogeneidade do campo é maior, representada pelo encontro 
dos eixos X, Y e Z. A medida em que nos afastamos do 
isocentro – facilmente destacado pelo fornecedor através do 
laser de posicionamento sagital e axial – o campo magnético 
torna-se mais instável. A bobina de gradiente é responsável 
por corrigir a diferença de freqüência de precessão dos prótons 
de hidrogênio. A influência negativa deste afastamento é 
observado principalmente quando utilizamos tamanhos de 
FOV grandes (Field of View)e em extremidades de bobinas de 
superfície. Quando o estudo é direcionado a estruturas 
unilaterais o deslocamento do paciente é fundamental, ele fará 
com que o sítio em análise apresente maior intensidade de 
sinal. 
A utilização de bobinas chamadas de “dedicadas” também 
colabora para uma excelente RSR (relação sinal ruído). 
Possuem modelagem anatômica para a região de interesse e 
tamanho ideal para que os parâmetros geométricos 
selecionados permitam a melhor resolução espacial e de 
contraste. A prática para manipulação de parâmetros de modo 
a conservar a relação sinal-ruído depende de maior 
aprofundamento e experimentação. A RSN é a razão da 
amplitude do sinal recebido pela amplitude média do ruído. Os 
fatores que afetam diretamente a amplitude do sinal são a 
densidade de prótons da área examinada, a homogeneidade do 
campo, o gap, o volume do voxel, a espessura de corte, TR 
(tempo de repetição), TE (tempo de eco), Flip Angle, NEX 
(número de aquisições ou excitações), tamanho da matriz, 
FOV (field of view), codificação de fase e freqüência, a 
largura da faixa de recepção e o foco principal do trabalho que 
é a utilização adequada e escolha da bobina de recepção. 
Bobinas com canais complementares, utilizadas em 
configurações R-L (rigth-left), AP (ântero-posterior) ou FH 
(feet-head) precisam estar em paralelo, simetricamente 
posicionadas, evitando assim artefatos por ausência de sinal. 
Um exemplo prático é a utilização de bobinas de superfície 
flexíveis para a utilização em extremidades. 
VIII. CONCLUSÃO 
 
 Qualidade de imagem em RM é uma medida de precisão 
diagnóstica e aparência de uma imagem. É definida pelo 
contraste das imagens, a capacidade de detalhar espacialmente 
a resolução e a relação sinal ruído. 
 Todo este cenário evidencia a necessidade de uma equipe 
1 2 
1 – Bobinas de Shiming 
2 – Bobinas de Gradiente 
 
bem treinada para compreender a necessidade de cada exame, 
disposta a compartilhar os conhecimentos e trabalharem juntos 
para a multiplicação de boas práticas que possam interferir na 
busca do melhor resultado no apoio diagnóstico. São 
benefícios que podem ser observados tanto internamente 
quanto pelos clientes que precisam do diagnóstico por imagem 
para elucidação clínica. 
 
REFERÊNCIAS 
 
[1] Westbrook, Catherine, Kaut, Carolyn (2000), Ressonância Magnética 
Prática. Editora Guanabara Koogan. 
[2] Mazzola AA. Ressonância Magnética: Princípios de formação da 
imagem e aplicações em imagem funcional. Revista Brasileira de Física 
Médica 2009; 3(1)117-29. 
[3] Huettel SA, Song AW, McCarthy G. Funcional Magnetic Resonance 
Imaging. Sinauer Associates, Sunderland, Massachusetts, 2004. 
[4] Bushong, Stewart C., Manual de Radiologia para técnicos, Houston, 
Texas. Mosby/Doyma Livros. 
[5] Purchell EM, Torrey HC, Pound RV. Resonance absorption by nuclear 
magnetic moments in a solid Phys Rev. 1946.69:37-8. 
 
 
 
Bernardo Augusto Chaves Dória nasceu em Belo 
Horizonte, MG, em março de 1985. Recebeu o título de 
Tecnólogo em Radiologia pela Universidade José do 
Rosário Vellano (UNIFENAS) em 2008. Desde julho de 
2012 atua como Supervisor Técnico em Diagnóstico por 
Imagem do Instituto Hermes Pardini. 
 
 
Marco Túlio Perlato possui graduação em Engenharia de Telecomunicações 
(1993) pelo Instituto Nacional de Telecomunicações, especialização em 
Engenharia Clínica (1995) pela Universidade Estadual de Campinas, 
especialização em Administração Hospitalar e Sistemas de Saúde Pública 
(2000) pela Fundação Getúlio Vargas de São Paulo e Mestrado em Saúde 
Coletiva (2011) pela Universidade do Vale do Sapucaí. Atualmente é 
coordenador e professor do curso de graduação e pós graduação em 
Engenharia Biomédica e Engenharia Clínica do Instituto Nacional de 
Telecomunicações (Inatel), consultor em projetos de Engenharia Clínica e 
membro do Grupo de Trabalho para desenvolvimentode metodologia e 
classificação em tecnovigilância da Agência Nacional de Vigilância Sanitária 
(ANVISA).