Base Física dos Exames de Imagem: Ultrassonografia e Ressonância Magnética | Colunistas

Desde 1895, com a descoberta dos raios X pelo alemão Wilhelm Roentgen, os exames de imagem promoveram uma revolução na Medicina, fornecendo um grande subsídio para diagnósticos mais precisos: a possibilidade de visão do interior dos pacientes. Hoje, os exames de ultrassonografia e ressonância magnética ganharam importante destaque, sendo fundamental o entendimento das bases físicas que os envolvem. 

Ultrassonografia

A ultrassonografia é um método de imagem que fornece informações em tempo real sobre a arquitetura e características dos órgãos, obtidas por meio do direcionamento de um feixe sonoro de alta frequência (técnica pulso-eco – Fig. 1). Possui inúmeras aplicações dentro da Medicina, além de grandes vantagens como o fato de não utilizar radiação ionizante, ter um baixo custo de execução e capacidade portátil.  

Conceitos Importantes

• Comprimento de Onda (λ): distância que a onda percorre durante um ciclo
• Frequência (f): número de vezes que uma onda é repetida por segundo
• Velocidade de Propagação de Onda (V): distância percorrida pela onda sonora por unidade de tempo

Uma vez que a velocidade do som é independente da frequência e praticamente constante – característica do meio -, selecionar um transdutor de frequência mais alta causa diminuição do comprimento de onda, propiciando melhor resolução da imagem. Para aplicações clínicas da US, a maioria dos transdutores é calibrada para velocidade média de 1.540m/s.

Base Física

O princípio físico utilizado na ultrassonografia (US) é bastante semelhante ao dos sonares da II Guerra Mundial. Ou seja, a formação da imagem acontece, basicamente, por meio da emissão de ondas sonoras de alta frequência por transdutores que, ao interagirem com corpos/estruturas, produzem ecos que são captados de volta. Esses ecos são mapeados por um sistema computadorizado, tornando possível identificar os tecidos e, então, formar a imagem ecográfica.

A forma dessa imagem depende diretamente do transdutor e, quando falamos em sua aplicação clínica, a grande maioria é realizada por aqueles com pulsos sonoros de frequências entre 1MHz e 17MHz. Quanto mais próximas de 1MHz, essas ondas serão capazes de fornecer maior penetração, porém menor resolução; já aquelas similares a 17MHz possibilitam melhor resolução espacial, mas com perda na capacidade de penetração.

Isso ocorre porque a medida que o ultrassom penetra no corpo, há uma redução da sua amplitude em função da distância percorrida. Portanto, quanto maior a distância varrida pelo feixe sonoro até o tecido de interesse, maior a atenuação.

• Transdutores de alta frequência: aplicações endoluminais (tireoide, mamas e testículos)
• Transdutores de baixa frequência: aplicações abdominais, pélvicas e obstétricas

O transdutor é posicionado na pele do paciente e direcionado ao sítio de interesse. A aplicação do gel hidrossolúvel auxilia no contato e transmissão eficiente do feixe de US. É a angulação do transdutor (operador dependente) que determina o plano anatômico em que aquela imagem será produzida e pode, ainda, ser limitada pela presença de estruturas em que a propagação da onda sonora não é boa, como os ossos e estruturas preenchidas por gases.

Na interpretação da imagem, uma estrutura é dita anecoica quando não produz ecos, ou seja, é líquida e, nesses casos sua cor é preta (p ex., bile, urina, líquor). Será considerada hipoecoica quando atravessa estruturas com densidade de partes moles  – eco de intensidade mais baixa que o parênquima adjacente – produzindo imagens em uma escala de cinza-escuro ao cinza mais claro. Já aquelas em que o som não ultrapassa a estrutura (cálcio, cálculos, osso) recebe a nomenclatura de hiperecoicas.

Ressonância Magnética

A ressonância magnética é um método de imagem baseado no campo magnético e seus efeitos sobre o corpo. Apresenta resolução de contraste primorosa para tecidos moles, possui a capacidade de fornecer imagens em qualquer plano anatômico e, além disso, tem o bônus de não utilizar radiação ionizante.

Base Física

A física por trás da ressonância magnética é bastante abrangente, mas podemos entendê-la como o resultado da interação de um campo magnético vigoroso (produzido pelo equipamento) com os prótons de hidrogênio dos tecidos humanos, enviando um pulso de radio-frequência. A partir de então, a radiofrequência modificada pela interação com os prótons é captada em forma de sinal por uma antena receptora, sendo processada e convertida em imagem. Os tecidos irão absorver e emitir a energia dessas ondas de rádio a taxas específicas e características de cada um.

Apesar de o corpo humano possuir outros núcleos que poderiam ser estudados quanto à exposição sob campo magnético, o hidrogênio é a escolha por alguns motivos:

1. É o mais abundante no corpo humano;
2. Apresenta-se diferente na RM em um tecido patológico quando comparado ao tecido normal;
3. Possui maior sensibilidade devido ao seu maior momento magnético.

Esses prótons – considerados pequenos magnetos – se alinham com o campo magnético da mesma forma que uma bússola se alinha com os campo magnético da terra. Quando submetidos aos pulsos da onda de rádio, durante o exame, os prótons se deslocam e esse alinhamento é perdido. Após um certo tempo – chamado de tempo de relaxamento – os átomos de hidrogênio irão reestabelecer o equilíbrio e emitir ondas de rádio, produzindo as sequências típicas da RM: T1 e T2.

Como ressaltado anteriormente, cada estrutura irá se manifestar de forma característica quando submetidas ao campo magnético e isso determinará como sua imagem será produzida e interpretada: branca, escala de cinza ou enegrecida. Importante salientar que a formação dessa imagem está diretamente relacionada com a quantidade de prótons livres em movimento presentes em cada estrutura. O tecido será dito hipointenso e, portanto, cinza ou enegrecido quando possuem sinal fraco ou ausência de sinal, respectivamente. Hiperintenso são aqueles em que o sinal é emitido com grande potência, formando imagem brilhante/esbranquiçada. É possível que a estrutura seja classificada, ainda, como isodensa; o que significa que seu sinal é intermediário e suas características não se assemelham as descritas anteriormente.  

Conclusão

Os métodos de imagem representam um importante ganho para a medicina moderna, tornando os diagnósticos mais precisos e mudando condutas. Temos, como exemplo, a ultrassonografia que tem em seu princípio a utilização das ondas sonoras; enquanto a ressonância magnética emprega as rondas de rádio e o campo magnético. Ambas possuem peculiaridades e aplicações clínicas distintas, bem como as bases físicas que as envolvem; mas têm em comum a grande valia para a prática médica.

Autora: Lara Brito

Instagram: @britolara

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O texto é de total responsabilidade do autor e não representa a visão da sanar sobre o assunto.

Observação: material produzido durante vigência do Programa de colunistas Sanar junto com estudantes de medicina e ligas acadêmicas de todo Brasil. A iniciativa foi descontinuada em junho de 2022, mas a Sanar decidiu preservar todo o histórico e trabalho realizado por reconhecer o esforço empenhado pelos participantes e o valor do conteúdo produzido. Eventualmente, esses materiais podem passar por atualização.

Novidade: temos colunas sendo produzidas por Experts da Sanar, médicos conceituados em suas áreas de atuação e coordenadores da Sanar Pós.

Referências:

• BRANT, William; HELMS, Clyde. Fundamentos de Radiologia Diagnóstico por Imagem. 4th ed. 2015. 1, Métodos de Diagnóstico por Imagem
• CAMPOS, Hugo; SANTOS, Oliveira; NAVES, Waldemar; et al. ULTRASSONOGRAFIA. p. 1–98, 2012.
• CHRISTIANNE, Gislayne; PEIXOTO, Xavier; LIRA, Rodrigo Araújo; et al. Bases Físicas Da Formação Da Imagem Ultrassonográfica. Acta Veterinaria Brasilica, v. 4, n. 1, p. 15–24, 2010.
• HAGE, Maria Cristina Ferrarini Nunes Soares; IWASAKI, Masao. Imagem por ressonância magnética: Princípios básicos. Ciencia Rural, v. 39, n. 4, p. 1287–1295, 2009.
• MARCHIORI, Edson; SANTOS, Maria Lúcia. Introdução à Radiologia. 2nd ed; 2015.
• MAZZOLA, Alessandro A. Ressonancia magnética: princípios de formação da imagem e aplicações em imagem funcional. Revista Brasileira de Física Médica, v. 3, n. 1, p. 117–29, 2009.
• Sociedade Paulista de Radiologia e Diagnóstico por Imagem – https://bit.ly/3wCkbYF
• Cerebromente – https://bit.ly/3ujablv