Avaliação Técnica de Ressonância Magnética, uma Abordagem na

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Avaliação Técnica de Ressonância Magnética,
uma Abordagem na Qualidade das Imagens.
Luciano de Moraes, Renato Garcia
Instituto de Engenharia Biomédica (IEB-UFSC)
Universidade Federal de Santa Catarina – Brasil
Fone: +55 48 331 9872 - Fax: +55 48 234 2177
[email protected] ; [email protected]
Resumo: O avanço no diagnóstico por imagens utilizando a técnica de
imagens por Ressonância Magnética (IRM) como instrumento clínico tem sido
significativo, superando a rapidez de desenvolvimento de qualquer outra técnica de
aquisição de imagens. Longe de estabilizar-se, esse processo tem-se desenvolvido
e novas aplicações clínicas estão sendo definidas constantemente.
No entanto, o aumento na potência dos magnetos e novas formas
construtivas de bobinas de rádio-freqüência (RF), vêm despertando cada vez mais
interesse, objetivando uma melhor qualidade nas imagens adquiridas. Ainda, novos
programas de qualidade de imagens dentro de processos de gestão de tecnologia
médico-hospitalar - GTMH, obrigam as estruturas de engenharia clinica a procurar
definir protocolos para controle de qualidade em serviços de IRM.
O presente estudo busca estabelecer protocolos sobre aspectos de
funcionalidade e segurança da IRM, baseado em normas técnicas (a IEC 60601-233) e literatura técnica, buscando caracterizar as melhores condições para a
qualidade das imagens geradas, assim como os mecanismos de funcionalidade e
segurança dos equipamentos de IRM, possíveis de serem gerenciados por
estruturas de engenharia clinica dentro de GTMH.
Para definir o contexto de pesquisa, primeiramente, realizou-se uma estudo
sobre o histórico e o estado da arte da IRM e, posteriormente passou-se aos
princípios básicos da aquisição de imagens. Analisou-se com maiores detalhes o
funcionamento e os princípios construtivos dos aparelhos e instrumentos da IRM,
tais como, os gradientes de campo magnético na codificação e construção das
imagens, os diferentes tipos de bobinas de RF, assim como os diferentes tipos de
magnetos disponíveis, de modo a demonstrar o seu papel na qualidade das imagens
gerada.
A qualidade das imagens em IRM é controlada por muitos fatores, sendo
necessário conhecer o modo como eles interagem, para permitir a melhora na sua
qualidade. Nos estudos identificaram-se quatro parâmetros básicos para a
determinação da qualidade das imagens: a razão sinal-ruído, a razão contrasteruído, a resolução espacial e o tempo de exame.
Estes parâmetros, por sua vez, são definidos pelo ajuste de outras variáveis e
de técnicas, dentre elas, as técnicas de seqüência de pulsos convencionais, as
técnicas de aquisição de dados, as técnicas de compensação de fenômenos de
artefatos e de fluxo no corpo humano, visando obter imagens com verdadeira
consistência diagnóstica.
Procura-se, neste trabalho, analisar os mecanismos das técnicas avançadas
de aquisição de imagens e suas aplicações, tais como, as imagens funcionais do
cérebro, as imagens em tempo real do movimento e da perfusão do coração e o
monitoramento em tempo real de procedimentos de intervenção, que não são
possíveis com as seqüências convencionais da IRM.
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Aborda-se a segurança em IRM, do ponto de vista biológico e operacional,
entrando no aspecto dos procedimentos para o uso seguro da IRM e os cuidados
com o paciente, analisando a norma supracitada.
Além disso, discute-se também os meios de contraste na IRM, suas
aplicações clínicas, a metodologia, a administração e as precauções relativas aos
diferentes meios de contraste empregados.
Com este trabalho, pretende sistematizar o conhecimento a fim de
estabelecer protocolos para a avaliação técnica da qualidade de imagens gerada em
IRM junto às entidades assistenciais de saúde do estado de Santa Catarina,
contribuindo para o processo de Gestão de Tecnologia Médico Hospitalar.
Palavras-chave: IRM, qualidade das imagens, Engenharia Clínica, GTMH.
Introdução
Desde seu uso inicial para a aquisição de imagens humanas na década de
70, a Imagem por Ressonância Magnética (IRM) tem-se desenvolvido numa
modalidade de imagem clínica amplamente utilizada e seu avanço do uso em
diagnóstico por imagens tem sido significativo, superando a rapidez de
desenvolvimento de qualquer outra técnica de aquisição de imagens.(Riederer)
A IRM é uma importante modalidade de imagem médica devido ao seu
excepcional contraste aos tecidos moles e tem vantagens significativas sobre os
outros sistemas de diagnóstico por imagem empregados atualmente, tais como:
(Bronzino, Bushong)
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Melhor resolução de baixo contraste;
Não utiliza radiações ionizantes;
Imagem multiplanar direta;
Não tem artefatos devidos ao ar e aos ossos;
Medidas de fluxo diretas;
Não invasiva.
No intuito de oferecer um panorama geral da utilização desta tecnologia no
Brasil, os dados do Ministério da Saúde do Brasil mostram um aumento na
realização de procedimentos de IRM de mais de 235% (de 22.421 para 83.943), no
período de 1998 a 2000 e, com relação aos gastos com estes procedimentos, um
aumento de mais de 259% (de R$5.6 milhões para R$22,6 milhões). (Ministério da
Saúde)
Esta mesma fonte mostra que o estado de Santa Catarina é o segundo
estado brasileiro que mais realiza procedimentos de IRM e, portanto, também é o
segundo em gastos com a IRM. (Ministério da Saúde)
Dada esta realidade e a necessidade de sistematizar informações
relacionadas para serem aplicadas no projeto de GTMH em Santa Catarina, o
propósito deste artigo é explanar sobre os aspectos de desempenho e segurança da
IRM, baseado em normas e literaturas técnicas, buscando caracterizar as melhores
condições para a qualidade das imagens geradas.
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Metodologia
O histórico da IRM, remonta aos meados dos anos 40, onde dois grupos de
pesquisadores, dirigidos respectivamente por Felix Bloch e Edward Purcell,
estudavam simultaneamente o comportamento dos núcleos atômicos imersos em
um campo magnético. Eles descobriram que os núcleos absorviam energia das
ondas de rádio de certas freqüências específicas. Uma análise dos picos do
espectro de freqüências nos informa sobre o movimento e a composição das
moléculas, informações utilizadas respectivamente no campo da física e da química.
Esta técnica foi chamada de Espectroscopia por Ressonância Magnética Nuclear
(RMN). Bloch e Purcell receberam em 1952 o prêmio Nobel de física por suas
investigações científicas. (Bushong)
Como era obvio que as técnicas de RMN eram sensíveis à dinâmica das
trocas químicas, vários pesquisadores começaram a interessar-se na realização de
medidas com tecidos vivos. Em 1971, Raymond Damadian, pesquisando sobre
tecidos extirpados de ratos, informou que existiam diferenças significativas nos
parâmetros de RMN entre os tecidos saudáveis de ratos e diversos tumores. Em
1973, Paul Lauterbur publicou uma imagem de RMN na qual se via a seção de dois
capilares cheios de água obtidos mediante um espectrômetro de RMN modificado.
Esta foi a primeira imagem de RMN. Damadian obteve em 1975 as primeiras
imagens de animais. Vários autores, entre eles Peter Mansfield e Waldo Henshaw,
investigaram muitos outros tipos de sistemas de visualização mediante RMN.
(Bushong)
No final dos anos 70, a IRM estava se desenvolvendo a toda velocidade. Os
primeiros escaners para estudar o cérebro humano apareceram em 1978, seguidos
pouco tempo depois pelos escaners de corpo inteiro. Atualmente, considera-se a
IRM como uma modalidade de diagnóstico por imagem excepcionalmente boa.
(Bushong)
Portanto, a técnica da IRM é uma extensão das técnicas de Ressonância
Magnética Nuclear (RMN) que são utilizados há muito tempo em física e química
para fins diferentes da visualização e se baseia na interação dos campos
magnéticos e radio-freqüências (RF). (Bronzino, Bushong, Woodward)
Através da revisão bibliográfica de literatura técnica, buscou-se determinar os
conceitos necessários para se compreender a qualidade da imagem em IRM e os
aspectos de segurança em IRM, observando-se uma maior ênfase na segurança ao
paciente.
Também é analisada a norma IEC 60601-2-33 (Medical electrical equipment Particular requirements for the safety of magnetic resonance equipment for medical
diagnosis) que é uma norma particular e complementa as seguintes normas gerais:
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IEC 60601-1-1:1988, Medical electrical equipment – Part 1:
General requirements for safety and its amendments 1 (1991)
and 2 (1995);
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IEC 60601-1-1:2000, Medical electrical equipment – Part 1-1:
General requirements for safety – Collateral Standard: Safety
requirements for medical systems, e;
IEC 60601-1-4:1996, Medical electrical equipment – Part 1:
General requirement for safety – 4. Collateral Standard:
Programmable electronic medical systems.
Resultados
Qualidade de imagem em IRM é uma medida da 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. (Woodward)
Já Catherine Westbrook e Carolyn Kaut dizem que a qualidade das imagens é
determinada pelas quatro principais considerações seguintes: razão sinal-ruído
(RSR), razão contraste-ruído (RCR), resolução espacial e, também o tempo de
exame. (Westbrook and Kaut)
A razão sinal-ruído (RSR) é a razão da amplitude do sinal recebido pela
amplitude média do ruído. O ruído é constante para todo paciente e é gerado pela
presença do paciente no magneto e pelo ruído elétrico de fundo do sistema. O sinal,
todavia, é cumulativo, depende de muitos fatores e pode ser alterado. O sinal
aumenta ou diminui em relação ao ruído. Em conseqüência disto, qualquer fator que
afete a amplitude do sinal afeta por sua vez a RSR. (Westbrook and Kaut)
Para terem-se imagens de qualidade ótima, a RSR deve ser a mais alta
possível. Os fatores que afetam a RSR são: a densidade de prótons da área em
exame, a homogeneidade do campo, o gap, o volume do voxel, a espessura do
corte, TR, TE, o ângulo de inclinação, o número de aquisições ou NEX, o tamanho
da matriz, o campo de visão, a largura da faixa de recepção, o tipo de bobina e as
técnicas de redução de artefatos. (Westbrook and Kaut, Woodward)
A razão contraste-ruído (RCR) é definida como a diferença na RSR entre
duas áreas adjacentes e, portanto, é controlada pelos mesmos fatores que afetam a
RSR, levando se em conta ainda, a seqüência de pulsos utilizada, tempo de
inversão (TI), os tempos de relaxamento dos tecidos, o fluxo, os meios de contraste,
e em imagens de escaneamento rápido, o comprimento de trem de ecos (ETL) e o
tempo de eco efetivo (ETE). A RCR é provavelmente o fator mais criticamente
importante dos que afetam a qualidade de imagem, pois determina diretamente a
capacidade dos olhos em distinguir áreas de sinal forte de áreas de sinal fraco.
(Westbrook and Kaut, Woodward)
A administração de agentes de contraste tem o objetivo de aumentar a RCR
entre patologias (intensificadas) e a anatomia normal (não intensificada). Estes
agentes de contraste afetam seletivamente os tempos de relaxamento T1 e T2
nesses tecidos. Os agentes de contraste atualmente utilizados são o Gadolínio e o
Feridex. (Westbrook and Kaut)
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A resolução espacial é a capacidade de distinguirem-se dois pontos como
separados e distintos, sendo controlada pelo tamanho do voxel. O tamanho do voxel
é afetado pela espessura dos cortes, CDV e o número de pixels ou matriz.
Pequenos voxels levam a uma boa resolução espacial. (Westbrook and Kaut)
O gap entre os cortes pode afetar a resolução espacial e, nas técnicas de
escaneamento rápido a escolha do comprimento do trem de ecos (ETL) e o
espaçamento de trem de ecos (ETS) afetarão a resolução espacial. (Woodward)
O tempo de exame é o tempo necessário para completar-se a aquisição de
dados e são importantes para a manutenção da qualidade das imagens, já que
longos tempos de exame dão ao paciente mais chance de se mover durante a
aquisição, degradando a imagem. (Westbrook and Kaut)
Neste ponto, observa-se a importância de se conhecer os artefatos e suas
técnicas de compensação, para evitar a degradação das imagens. Dentre os
artefatos podemos citar o mapeamento de fase incorreto, desvio químico, registro
químico incorreto, de zíper, de envoltório, de movimento, etc.
Os fenômenos de fluxo são artefatos produzidos por núcleos que se movem
durante a aquisição de dados. O movimento de núcleos em fluxo causa o
mapeamento incorreto de sinais e leva a artefatos designados como artefatos de
movimento de fluxo ou fantasmas de fase. Os principais fenômenos de fluxo são o
time of flight, fenômeno do corte de entrada e o defasamento intravoxel. (Westbrook
and Kaut)
É errônea a suposição de que o tipo e a potência do campo magnético
definem integralmente o desempenho de um sistema de IRM. Embora o tipo de
magneto e a potência do campo afetem efetivamente o desempenho das máquinas,
os outros subsistemas podem contribuir de forma igual ou maior em algumas
situações. (Lufkin)
Quanto à segurança ao paciente em IRM, examinando-se em separado os
diversos componentes do processo de aquisição (campo magnético principal,
gradiente de campo e RF) de imagens por IRM, observaram-se alguns efeitos
biológicos pouco significativos e reversíveis. (Westbrook and Kaut)
Uma das maiores preocupações em segurança ao paciente são com os
efeitos das forças exercidas pelo campo magnético dos sistemas de IRM em certos
objetos metálicos, principalmente com os implantes biomédicos.(Woodward)
Existem aparelhos e implantes metálicos que são compatíveis à IRM, exigindo
critérios específicos para considerá-los compatíveis, recomendados pela ISMRM
(International Society for Magnetic Resonance in Medicine). Estes critérios são a
aprovação pelo FDA, a declaração do fabricante e testes anteriores. (Westbrook and
Kaut)
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A norma IEC 60601-2-33 (Medical electrical equipment - Particular
requirements for the safety of magnetic resonance equipment for medical diagnosis)
dá a devida atenção aos aspectos técnicos do sistema de diagnóstico médico de
IRM e o equipamento de IRM, relacionando a segurança dos pacientes examinados
por este sistema e o pessoal envolvido na sua operação.
Conforme mencionado na norma supracitada, ela suplementa e melhora um
conjunto de publicações IEC, que são as seguintes:
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IEC 60601-1-1:1988, Medical electrical equipment – Part 1:
General requirements for safety and its amendments 1 (1991)
and 2 (1995);
IEC 60601-1-1:2000, Medical electrical equipment – Part 1-1:
General requirements for safety – Collateral Standard: Safety
requirements for medical systems, e;
IEC 60601-1-4:1996, Medical electrical equipment – Part 1:
General requirement for safety – 4. Collateral Standard:
Programmable electronic medical systems.
Na seção 1, das generalidades é definida a organização da norma, em
relação aos textos das cláusulas e subcláusulas da norma geral, a IEC 60601-11:1988, para que estes textos possam ser substituídos, adicionados, melhorados ou
ratificados. Ainda, são colocadas terminologias e definições particulares a IRM.
Na cláusula três, das prescrições gerais, dispõe claramente que os aspectos
de segurança geral dos sistemas eletromédicos são cobertos pela norma IEC
60601-1-1 e dispõe ainda que para haver concordância com a IEC 60601-1-4
necessita-se de identificação dos perigos, avaliação dos seus riscos e uma
verificação e validação apropriadas de controle dos riscos. Salienta-se que todos os
ensaios deveriam incluir, em suficiente detalhamento para que sejam exatamente
repetíveis, um protocolo de ensaios, com todos os dados de entrada e os resultados
esperados.
Na subcláusula 6.8.1 da norma IEC 60601-2-33, adiciona-se a informação de
que os documentos acompanhantes deveriam fornecer informação suficiente ao
usuário para habilitá-lo a cumprir com os regulamentos gerais e prescrições para os
limites de exposição apropriada ao operador, funcionários associados com a
instalação da IRM e o público em geral.
Na subcláusula 6.8.2, das instruções de utilização, o subitem dd) limita o ruído
acústico para o paciente num nível abaixo de 99 dB(A) e reporta-se às cláusulas 26
e) e 26 g) para que seja feita a medição deste nível de pressão acústico,
estabelecendo, ainda, a utilização do protetor auricular para a proteção do paciente,
a fim de auxiliar na redução do nível de pressão acústico abaixo de 99 dB (A).
No subitem ee) desta subcláusula, explana-se sobre a instalação de uma
Área de Acesso Controlado em sistemas de IRM, quando a mesma o exigir,
recomendando, deste modo, algumas instruções para utilização.
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Ainda nesta subcláusula, o subitem ff), trata da questão do uso e controle dos
líquidos e gases criogênicos em magnetos supercondutores, a fim de prevenir
acidentes e QUENCH. O QUENCH é um termo da operação do equipamento que
significa a transição da condutividade elétrica de uma bobina que está transportando
corrente de um estado supercondutor para a condutividade normal, que resulta de
uma evaporação rápida de fluído criogênico e decaimento do campo magnético.
No subitem pp) desta mesma subcláusula, recomenda-se a necessidade de
treinamento para médicos e o operador a fim de garantir a segurança e a efetividade
com a operação do equipamento de IRM.
A subcláusula 6.8.3, das descrições técnicas, indica em seu subitem aa), a
necessidade de definir e instalar permanentemente uma Área de Acesso Controlado
ao redor do equipamento de IRM e define que fora desta área a força marginal do
campo magnético não deveria exceder a 0,5 mT e o nível de interferência
eletromagnética deveria estar de acordo com a norma IEC 60601-1-2:2001.
A seção 2 e seção 3 da norma geral, IEC 60601-1-1:1988, se aplicam
integralmente. A seção 4 tem um substituto à cláusula 26, da vibração e ruído, na
qual limita o valor do ruído máximo produzido pelo equipamento de IRM e apresenta
um método de medição do nível de pressão acústico para verificar a sua
concordância com as prescrições.
A seção 5 adiciona à cláusula 36, da compatibilidade eletromagnética, o que
está disposto na subcláusula 6.8.3, subitem aa), que já foi abordado anteriormente.
A seção 6 da norma geral, IEC 60601-1-1:1988, aplica-se integralmente. A
seção 7 inclui, além de outras, uma subcláusula importante, denominada 49.101, na
qual determina que um equipamento de IRM compreendido de um magneto
supercondutor ou magneto resistivo deveria ser provido de uma Unidade de
Interrupção do Campo, para uso em situações de emergência.
A seção 8, que versa sobre a exatidão de dados de operação e proteção
contra características de saída incorreta, é a que teve mais mudanças e adições.
Primeiro, define os modos de operação possíveis dos equipamentos de IRM.
Depois, prescreve sobre a proteção contra variações excessivas de campo de baixa
freqüência produzido pelo sistema gradiente. Ainda estabelece, na subcláusula
51.102.2, limites para a saída do gradiente, detalhando os limites relacionados à
prevenção de estimulação cardíaca e à estimulação dos nervos periféricos.
Na subcláusula 51.103, da proteção contra a energia de radio freqüência
excessiva, estabelece limites para temperatura no corpo do paciente e prescreve
que para conseguir estes limites, tem-se que limitar os parâmetros da seqüência de
pulso e limitar, também, a energia de radio freqüência através do controle da Taxa
de Absorção específica (SAR). A Taxa de Absorção Específica é definida como a
energia de radio freqüência específica por unidade de massa de um objeto e sua
unidade de medida é em W/kg.
Na cláusula 51.105 da seção 8, são estabelecidos métodos para demonstrar
a concordância com as exigências comentadas anteriormente. Tem-se nas
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subcláusulas, método para determinação direta dos limites da saída do gradiente,
método para a determinação da saída do gradiente máximo e método para
determinação da deposição da energia de rádio freqüência.
A seção 9 tem uma adição na subcláusula 52.1, onde prescreve que a
segurança do equipamento de IRM deveria ser avaliada, verificando sua
concordância com as exigências da cláusula 52 da norma colateral IEC 60601-1-4.
A seção 10, das prescrições para construção, adiciona uma subcláusula para
o líquido ou gás criogênico, recomendando que deveria ser fornecido um monitor de
nível criogênico para equipamentos de IRM equipados com magneto supercondutor.
Há ainda muita informação nos anexos que auxiliam no entendimento das
razões para as recomendações prescritas na norma, além de exemplos de sinais de
aviso e sinais proibitivos a serem colocados numa instalação de IRM.
Discussões e Conclusões
Observa-se, depois deste primeiro estudo que é grande o numero de
parâmetros que determinam a qualidade das imagens em IRM. O segundo passo
neste estudo é confrontarmos esta lista de parâmetros com os limites definidos pela
norma IEC 60601-2-33 para, posteriormente, priorizar e verificar a viabilidade de
supervisão e/ou controle que permitam definir protocolos de avaliação técnica da
qualidade da imagem e segurança em IRM para os Estabelecimentos Assistenciais
de Saúde no Estado de Santa Catarina.
Podemos tecer ainda algumas observações com relação à correta
interpretação das imagens em IRM dentro de um Centro de Diagnóstico, que pode
ajudar na qualidade das imagens. A não existência de uma regra efetiva na IRM e a
consideração das condições anteriores para a qualidade das imagens, leva-nos a
inferir que podemos otimizar o processo. Manipular a RSR, o contraste de imagem, a
resolução espacial e o tempo de exame é efetivamente uma arte e exige algum
tempo e experiência.
Com este panorama geral observa-se a necessidade de ter um corpo técnico
e clínico bem treinado, com pouca e, na melhor das hipóteses, nenhuma mudança
ou troca dos seus integrantes. Gerando, deste modo, uma interação da cultura e do
conhecimento adquirido por cada um, auxiliando na correta interpretação das
imagens.
Ainda, providenciar a constante atualização dos membros com as novas
técnicas, procedimentos e casos clínicos, além de deixá-los ciente dos
procedimentos de segurança para o paciente e da real necessidade na
administração de meios de contraste no realçamento de lesões, são formas de se
obter a qualidade das imagens.
Observa-se claramente que a norma particular analisada tem a legítima
preocupação técnica, no intuito de proteger o paciente e os funcionários da
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instalação de IRM, bem como o público em geral, justificando as considerações
dispostas até o momento.
Em suma, observa-se que além das barreiras técnicas exigidas para dominar
o correto diagnóstico por imagens em IRM e segurança, torna-se importante cuidar
da gestão organizacional da instalação, incentivando o espírito de equipe.
A engenharia clínica, dentro da sua filosofia de gestão da tecnologia médica
hospitalar, pode auxiliar neste processo, utilizando as técnicas e ferramentas de
gestão organizacional e sistematizando o conhecimento, a fim de auxiliar o trabalho
em equipe, dada a grande complexidade desta tecnologia médica hospitalar.
Referências
Riederer, Stephen J. (2000), “Current Technical Development of Magnetic
Resonance Imaging”, IEEE Enginnering in Medicine and Biology
Magazine, Volume 19, Number 5, p. 34-41.
Bronzino, Joseph D, The Biomedical Engineering HandBook, Hartford,
Connecticut. IEEE Press
Bushong, Stewart C., Manual de radiologia para técnicos, Houston, Texas.
Mosby/Doyma Libros.
Ministério da Saúde, Secretaria de Assistência à Saúde, Departamento de
Controle e Avaliação de Sistemas (2001), Assistência de média e alta
complexidade no SUS.
WoodWard, Peggy (2001), MRI for Technologists, Mill Valley, Califórnia.
Editora McGraw-Hill.
Westbrook, Catherine, Kaut, Carolyn (2000), Ressonância Magnética Prática.
Editora Guanabara Koogan.
Lufkin, Robert B. (1999), Manual de Ressonância Magnética. Editora
Guanabara Koogan.
Haaga, John R., Sartoris, David J., Lanzieri, Charles F., Zerhouni, Elias A.,
Tomografia Computadorizada e Ressonância Magnética do Corpo
Humano, Volume 1, Editora Guanabara Koogan.
IEC 60601-2-33:2002, Medical electrical equipment - Particular requirements
for the safety of magnetic resonance equipment for medical diagnosis.