RESSONÂNCIA NUCLEAR MAGNÉTICA
Prof. Dr.
João Eduardo Irion
Faculdade de
Medicina
Universidade
Federal de Santa Maria – RS – BR
Médico
Nuclear
Serviço de
Medicina Nuclear de Santa Maria
jirion
@terra.com.br
joaoeduirion.blogspot.com.br
A RESSONÂNCIA NUCLEAR MAGNÉTICA
Em 1.924, Wolfgang Pauli, com base na experiência de Stern-Gerlach
(1920), comparou os núcleos atômicos a pequenos imãs com momentos nucleares.
Isador Rabi
A ressonância nuclear magnética foi descoberta em 1939 por Isidor Isaac
Rabi, Professor da Columbia University, ao submeter um feixe molecular de
hidrogênio H2 em alto vácuo a campo magnético oscilante, verificando
que os dipolos nucleares que estavam dispostos em todas as direções se
alinhavam seguindo a polarização do campo magnético. Quando, além do campo
magnético, o hidrogênio era submetido a ondas de rádio, (na frequência VHF), os
núcleos absorviam energia proporcional à intensidade do campo magnético,
entrando em ressonância. Ao ser suspenso o campo magnético, os núcleos voltavam
ao estado normal (fato chamado relaxamento), devolvendo energia sob a forma de
ondas de rádio, numa frequência própria de cada tipo de átomo (chamada
frequência de Larmor).
Edward Mills Purcell
Nos anos de 1945 e 1946, trabalhando isoladamente,
Felix Bloch e seus colaboradores na Universidade de Stanford e Edward Mills Purcell
e colaboradores na Universidade de Harvard, ao procurar aprimorar as técnicas
de medida de momentos magnéticos nucleares, observaram sinais de absorção de
radiofrequência dos núcleos de H na água e na parafina, re-emitindo
essa energia quando voltavam ao estado original em radiofrequência proporcional
ao campo magnético (frequência de Larmor).
Felix Bloch
Bloch e Purcell foram agraciados com o prêmio
Nobel de Física em 1952 “pelo desenvolvimento de novos caminhos e métodos para
medidas de precisão da ressonância nuclear magnética”. Essa e outras
experiências são os fundamentos da espectroscopia com ressonância nuclear
magnética que se tornou uma eficiente ferramenta de análise química. Os
primeiros espectrômetros de RNM com grande resolução e sensibilidade apareceram
n o mercado em 1953.
No ano de 1986 foi desenvolvido o microscópio de RNM com resolução de 10 mm numa amostra de um cm. A
espectroscopia com a ressonância nuclear magnética é um método não invasivo e
não destrutivo usado para estudar a estrutura química das substâncias,
inclusive substâncias orgânicas como, por exemplo, os componentes em produtos
alimentares, fluidos biológicos e metabólicos em tecidos e órgãos de seres
vivos intactos.
Até a década de 70, a ressonância magnética era usada somente na
espectroscopia, como técnica importante para a investigação molecular, principalmente,
no campo da análise qualitativa e quantitativa, permitindo obter informação
estrutural e dinâmica para qualquer estado da matéria.
Raymond Damadian
Em 1.971, Raymond Damadian, médico e Professor da Universidade Estadual
de Nova York, publicou um artigo na revista Science, relatando que os tecidos
cancerosos de cobaias sacrificadas, tinham um tempo de relaxamento na
ressonância nuclear magnética diferente dos tecidos normais e que esse fato
podia ser usado no diagnóstico de câncer in vivo. A descoberta motivou Damadian
e seus colaboradores a construir uma máquina de ressonância magnética para
diagnóstico do câncer in vivo mediante o mapeamento do corpo ponto por ponto
(técnica do campo focado).
O conceito de mapeamento de corpo inteiro com ressonância nuclear magnética
foi patenteado por Damadian. A máquina foi concluída em 1977, depois de sete
anos de trabalho e por isso Damadian deu-lhe o nome de “Indomável” pelas
dificuldades de sua construção. A máquina está hoje no Smithsonian Institutton.
A primeira RNM realizada em um ser humano foi feita com a Indomável em 3
de junho de 1977. A máquina forneceu, sem interferências, depois de cerca de
cinco horas de exposição, a imagem clara do coração pulmão e paredes torácicas
do paciente. Como Damadian era grande e não cabia na máquina, seu assistente
Larry Minkoff, que era o suficiente magro serviu como cobaia para a realização
da primeira imagem torácica.
Imagem deRNM do tórax de Minkoff
RNM do tórax de Minkoff' ao nível de D VII-DVIII REALIZADA ÁS 4.45 da
manhã de julho de, 1977
Em 1978, Damadian formou a companhia FONAR e produziu a primeira máquina comercial
de ressonância em 1.980.
A tecnologia de campo focado se mostrou menos eficiente que os métodos desenvolvidos
por Lauterbur e Mansfield descritos a seguir e por isso, a FONAR os adotou.
Paulo c. Lauterbur
Tendo conhecido as experiências de Damadian Paul C. Lauterbur, Professor
de Química da Universidade Estadual de Nova Iorque, iniciou estudos de RNM por
outro caminho, no caso o campo magnético não uniforme – um gradiente
tridimensional, isso é a técnica ecoplana usada hoje. Ele considerou ser possível
obter imagens com radiação eletromagnética a partir de vários pontos ao redor
do mesmo plano de uma amostra estimulada radiomagneticamente.
Para testar sua ideia, colocou água normal (H2 O) num capilar
de vidro de 1 mm
de diâmetro e encheu outro capilar idêntico com água pesada (D2 O).
Os dois capilares foram mergulhados em um recipiente com 5 mm de diâmetro cheio de água
comum. Um artigo inicial sobre RNM foi recusado, mas, em 1973, Lauterbur
publicou a imagem de um molusco e a imagem da cavidade torácica de um rato.
Lauterbur deu às imagens o nome de zeugmatografia (do prefixo grego que
significa conjugação). Seu trabalho sobre a experiência foi publicado pela
revista Nature em 16 de março de 1973
com o título “Imagen formation by induced
focal interaction, examples empolyng magnetic resonance”. A réplica da máquina original de
Lauterbur está no edifício de Química da Universidade Estadual de Nova York.
Peter Mansfield
O físico inglês Peter Mansfield conheceu as pesquisas de Damadian quando
trabalhou nos Estados Unidos. Ao voltar para a Nottinghan University, na
Inglaterra, assim como fez Lauterbur, teve a ideia de usar gradientes no campo
magnético para obter imagens e demonstrou que as informações fornecidas pela RNM
poderiam ser processadas matematicamente com auxílio de computação. Em 1976,
antes de Damadian ele obteve a primeira imagem de RNM do dedo de uma pessoa.
Paul C. Lauterbur e Petter Mansfield receberam o Prêmio Nobel de Medicina
e Fisilogia de 2003. Raymond Damadian “por suas descobertas relacionadas com a
imagem na Ressonância Nuclear Magnética” recebeu diversos prêmios em 2001, o Lemelson-MIT Prize. The Franklin Institute de Philadélfia
deu-lhe o Bower Award. Ele foi escolhido homem do
ano em 2003 pelos Knights of Vartan. Recebeu a Medalha de Tecnologia em 1988.
Em 1989 foi incluído no National Inventors Hall of Fame in 1989, mas não
recebeu o prêmio Nobel e então Damadian (acompanhado por muitos cientistas e
jornalistas) publicou seu inconformismo mediante matéria paga publicada em página
inteira no New York Times, no The Washington Post e no The Los Angeles Time.
Em 1975, Richad Ernst propôs a produção de imagens com ressonância
nuclear magnética utilizando fase e frequência codificadas pela transformada de
Fourier, criando a base da técnica de RNM atual. Em 1977, Eldestein e
colaboradores demonstraram a imagem adquirida em 5 minutos do corpo inteiro
usando a técnica de Ernst. Em 1986, o tempo de imagem foi reduzido para cinco
segundos.
Em 1987, a técnica ecoplana foi usada para obter imagens em tempo real do
movimento cardíaco e Charles Dumoulin realizou a primeira angiografia com
ressonância magnética que permite imagens do fluxo sanguíneo sem contraste. Em
1991, Richard Ernst recebeu o prêmio Nobel de Química pelo uso da transformada
de Fourier em RNM.
O Professor escocês John Mallard e sua equipe construiu
o primeiro aparelho para RNM de corpo inteiro, usando essa máquina na University de
Aberdeen. No dia 28 agosto de 1980, ele usou a máquina no
primeiro uso clínico em um paciente para diagnosticar um tumor primário no
tórax com metástases no esqueleto. O equipamento foi mantido no St
Bartholomew’s Hospital, em Londres entre 1983 até 1993.
Mallard e sua equipe contribuíram para o avanço tecnológico da RNM e sua
difusão como instrumento clínico.
Em 1993, começou a ser criada a ressonância magnética funcional. Em 1994,
pesquisadores da State University of New York e da Princeton University
demonstraram a imagem da respiração com 129 Xe hiperpolarizado. Já
em 1.980 existia o conceito de hemodinâmica cerebral estando a atividade
cerebral relacionada com o fluxo sanguíneo e a oxigenação do cérebro, mas não
havia técnica não-invasiva para demonstrá-lo.
Em 1986, Marcus E. Reichie e Peter T. Fox, usando a Medicina Nuclear,
mostraram a hemodinâmica cerebral por um meio não-invasivo com a tomografia por
emissão de pósitrons (PET). Eles demonstraram a relação direta entre ativação
neuronal e aumento do fluxo cerebral e do metabolismo em cérebros humanos.
Em 1990 Seiji Ogawa (laboratório Bell) e John W. Belliveau
(Massachussetts General Hospital), estudando cobaias, demonstraram que o nível
de oxigenação do sangue funciona como contraste que pode ser usado na imagem de
RNM porque a hemoglobina tem propriedades magnéticas diferentes se está
oxigenada ou não. A hemoglobina pode fornecer imagens do fluxo sanguíneo
cerebral porque o conteúdo de deoxihemoglobina é inversamente proporcional ao
fluxo (o fluxo aumenta para compensar a redução do oxigênio transportado pelo
sangue). Ogawa obteve imagens do fluxo cerebral após administração de
anestésico, da hipoglicemia induzida por insulina e por inalações de gases. Com
isso surgiu o conceito de BOLD (Blood Oxigenation Level Dependent). Em 1992,
Ogawa e Belliveau provaram que a ressonância magnética funcional é capaz de demonstrar
a localização precisa do córtex visual em seis pacientes com estímulo visual
uni e bilateral ou a realizar tarefas motoras.
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