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Tomografia computadorizada e ressonância magnética (MA041)

Dois recursos eletrônicos da medicina ganham destaque dia a dia, na descoberta de problemas internos do organismo humano: a tomografia computadorizada e a ressonância magnética. Equipamentos sofisticados, que poucos hospitais possuem, podem revelar pormenores extremamente delicados do organismo humano, constituindo-se numa poderosa arma da medicina contra doenças perigosas. Como funcionam estes aparelhos é algo que mesmo muitos que os utilizam não sabem, mas que certamente todos que são de alguma forma ligados à eletrônica, gostariam de saber. É justamente isso que vamos explicar neste artigo.

A forma mais simples de se "ver" através do organismo humano é a que faz uso dos raios-X. Este tipo de radiação é penetrante o suficiente para atravessar os tecidos "moles" de nosso organismo, sofrendo apenas uma absorção maior nos tecidos "duros" como, por exemplo, os ossos.

A forma mais comum de usarmos os raios X é na radiografia que tem um princípio de funcionamento bastante simples e que é ilustrado na figura 1.

 

Como funciona a radiografia.
Como funciona a radiografia.

 

Uma válvula alimentada por centenas de milhares de volts produz um feixe de elétrons que, ao incidir num anodo provoca a emissão de raios X. Esses raios X são dirigidos de forma a incidirem no organismo que se deseja radiografar.

Por trás do organismo coloca-se uma chapa fotográfica que será impressionada pelos raios X que atravessarem o organismo.

Desta forma, nos locais em que existirem tecidos "duros" como os ossos, a absorção dos raios será maior formando assim uma "sombra" na chapa.

Diversos problemas internos podem ser detectados conforme o nível de absorção dos tecidos, permitindo assim que os médicos os descubram sem precisar "abrir" o doente.

Evidentemente, o grande problema deste tipo de procedimento, além da necessidade de "banhar" o paciente com uma radiação que é potencialmente perigosa, é que a imagem é bidimensional.

Forma-se na chapa uma sombra em duas dimensões do que o indivíduo tem em seu interior. Assim, se um problema a ser detectado estiver justamente por detrás de um osso que "faz sombra", com uma única chapa, ele não pode ser descoberto, o que é bem ilustrado na figura 2.

 

Nem sempre a radiografia detecta problemas.
Nem sempre a radiografia detecta problemas.

 

É por este motivo que, na detecção de problemas mais graves é necessário tirar mais de uma radiografia, com o paciente colocado em posições diferentes.

Os aperfeiçoamentos do sistema levaram, entretanto, a outras técnicas que hoje são mais usadas.

Uma delas é a correspondente a Tomografia Computadorizada ou CT (de Computerised Tomography) que foi desenvolvida em 1970 por dois pesquisadores. Um deles foi o físico sul africano Allan M. Cormack e o outro o engenheiro britânico Godfrey Hounsfield.

No entanto, o primeiro aparelho foi construído na Holanda por Hounsfield tendo uma repercussão tão grande no mundo da medicina que rendeu ao seu construtor o prêmio Nobel de medicina em 1979.

A idéia básica é a mesma da radiografia: tecidos absorvem raios X numa proporção que depende de sua consistência.

No entanto, para se obter uma imagem tridimensional em lugar de se espalhar os raios por toda a superfície do corpo em análise, concentra-se os raios X num feixe muito estreito e além disso varia-se continuamente o ângulo segundo o qual ele é produzido, conforme mostra a figura 3.

 

A tomografia computadorizada.
A tomografia computadorizada.

 

Desta forma, analisando-se por meio de um computador os níveis de absorção em todos os ângulos possíveis, pode-se formar uma imagem tridimensional de fatias do corpo humano, conforme sugere a figura 4.

 

O conjunto de imagens superpostas dá uma visão tridimensional do interior do organismo.
O conjunto de imagens superpostas dá uma visão tridimensional do interior do organismo.

 

Evidentemente, para se ter uma imagem total, podem ser sobrepostas imagens de fatias obtidas com cada varredura do sistema.

A tomografia computadorizada, conforme o leitor pode perceber só se tornou possível com a disponibilidade de computadores capazes de fazer os complexos cálculos que levam a obtenção das imagens.

Mas, o sistema não parou de evoluir e algumas alternativas interessantes passaram a ser pesquisadas, tornando-se, em pouco tempo de uso prático.

Uma delas foi a Tomografia Computadorizada por Auto Radiografia ou Tomografia por Emissão de Pósitrons (abreviada por PET, do inglês Positron Emissio Tomography).

A idéia deste sistema é em lugar de emitir o feixe de raios X para análise é fazer com que o próprio paciente emita alguma forma de radiação que possa ser detectada, pela injeção de substância radioativas em doses apropriadas.

Escolhem-se então rádio-isótopos de tipos especiais que, emitam pósitrons quando ocorre a desintegração do material.(*)

Os pósitrons, ao se formarem na desintegração do material radioativo, imediatamente se combinam com os elétrons que estiverem mais próximos, ocorrendo a emissão de raios gama.

Quando um pósitron se encontra com um elétron, eles se aniquilam, com a produção de dois raios gama (dois quantas) que se propagam em direções opostas, conforme sugere a figura 5.

 

Encontro de um pósitron com um elétron.
Encontro de um pósitron com um elétron.

 

Usando sensores apropriados, o sistema PET CT pode então formar uma imagem do corpo que está sendo analisado. Os locais em que a substância radioativa se concentrar produzem intensidades maiores de radiação fornecendo assim uma imagem mais "clara".

Os equipamentos deste tipo foram usados na década de 80 para estudos da atividade cerebral, no estudo do metabolismo, na verificação do consumo de oxigênio e na movimentação do sangue além dos efeitos de drogas.

Como este sistema fornece uma imagem dinâmica, tornou-se possível ver o organismo funcionando "por dentro" sem a necessidade de abri-lo!

Posteriormente, um novo aperfeiçoamento do sistema ocorreu, no meio da década de 80, com o desenvolvimento dos equipamentos de Ressonância Magnética ou MRI (Magnetic Resonance Imaging).

Conforme já explicamos em outros artigos desta revista (quando tratamos do perigo que os campos elétricos intensos apresentam potencialmente aos organismos vivos), as células vivas tendem a responder de maneira determinada a ação de campos magnéticos externos, segundo sua frequência.

A presença de materiais magnetizáveis ou ferromagnéticos no interior das células vivas faz com que elas se comportem como pequenas bússolas, agitando-se conforme a influência externa de campos magnéticos intensos.

Se as células de um ser vivo forem seletivamente estimuladas por campos magnéticos externos, a agitação resultante provoca a emissão ondas de rádio que podem ser facilmente detectadas, conforme mostra a figura 6.

 

Quando estimuladas as células emitem sinais.
Quando estimuladas as células emitem sinais.

 

A frequência do estímulo é então escolhida de modo a corresponder a ressonância (Usamos diversos termos que talvez não sejam muito familiares aos nossos leitores. Para que ninguém fique "no ar" vamos procurar explicá-los da melhor forma possível) da célula que se deseja examinar, quando então ela é forçada a re-emitir radiação, a qual pode ser detectada para estudo.

O interessante deste sistema, e que o torna extremamente poderoso, é que a frequência de estímulo pode ser escolhida de modo a permitir a detecção exatamente dos átomos desejados. Por exemplo, pode-se sintonizar o aparelho na "frequência" do oxigênio e assim fazer-se um levantamento completo da distribuição deste elemento num organismo. Isso permitiria uma detecção muito simples de regiões mal irrigadas por problemas arteriais, por exemplo.

E, outras vantagens podem ser citadas neste sistema: uma delas é o fato da radiação usada como estímulo ser totalmente inofensiva ao organismo, o que não ocorre com os raios X e a radiação produzida por isótopos que sejam injetados num paciente.

Outro fato é que se obtém uma imagem em tempo real com elevada resolução de pormenores: pormenores da ordem de 2 mm podem ser acusados por este sistema.

 

CONCLUSÃO

Os recursos eletrônicos avançam a cada dia, exigindo não só profissionais habilitados no seu manejo como na manutenção. O uso de circuitos eletrônicos complexos mostra que a cada dia se necessita de um preparo específico para se mexer ou usar os equipamentos. Os técnicos desta área são escassos, e o primeiro passo para o leitor que pretende penetrar neste campo, é saber o que pode fazer. Para isso, devemos começar sabendo justamente o que fazem tais aparelhos e é isso que procuramos mostrar neste artigo.

 

RADIO-ISÓTOPOS

A maioria das substâncias que conhecemos é estável, ou seja, seus átomos não se alteram com o tempo e ela não emite qualquer forma de radiação. Existem, entretanto, substâncias que são radioativas por natureza, ou seja, seus átomos se desintegram com o tempo e com isso ocorre a emissão de radiação. Estas substâncias são radioativas.

Ocorre que, se colocarmos substâncias que não sejam radioativas junto às que sejam, ou as submetermos a radiação seus átomos podem sofrer alterações, mudando de massa, mas não de número atômico. Ou seja, muda a maneira como as partículas do núcleo se organizam, mas a substância continua a mesma. A nova substância formada assim, entretanto é radioativa, pois os átomos alterados são instáveis. Assim, por exemplo, se tomarmos o Césio comum, que tem massa atômica 133, ele não é radioativo, mas submetendo-o a um processo especial, podemos obter o Césio 135 que é radioativo. Esse césio radioativo é um isótopo do césio comum, ou um "rádio-isótopo" que se desintegra gradativamente emitindo radiação atômica. O césio é justamente um dos rádio-isótopos usados na tomografia para "dar contraste" aos tecidos analisados.

 

PÓSITRONS

Os elétrons são partículas dotadas de cargas elétricas negativas e são comuns na nossa matéria. No entanto, existe uma forma mais rara de partícula com propriedades totalmente idênticas às dos elétrons, exceto a carga elétrica que é positiva.

Podemos dizer que os pósitrons são os "anti-elétrons". Suas estruturas são tais que, se estas partículas se "encontrarem" ocorrem um aniquilamento e as duas desaparecem. No entanto, com o desaparecimento ocorre a emissão de duas "porções" ou "quantas" de energia na forma de raios gama.

 

RESSONÂNCIA

Todos os corpos tendem a vibrar com maior intensidade numa determinada frequência. É por isso que as cordas dos instrumentos musicais produzem uma única frequência quando excitadas e que depende de seu comprimento. Uma barra de metal quando recebe uma pancada vibra sempre na mesma frequência que é a sua frequência "natural" de vibração. Dizemos que esses corpos "ressoam" em determinadas frequências, na qual tendem a vibrar com maior intensidade, e estas são as suas "frequências de ressonância".

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