Introdução à Física e Química da Ressonância Magnética

Medicina

09/08/2012

Sabemos que o átomo é uma estrutura constituída de um núcleo central e elétrons em órbita ao redor dele. Por sua vez, o núcleo é formado por partículas menores, prótons e nêutrons. Os elétrons têm carga elétrica negativa, os prótons, carga positiva, e, os nêutrons, como o nome sugere, não tem carga elétrica.

A soma dos prótons de um núcleo determina o número atômico e o número de massa representa a somatória dos prótons e nêutrons. Um átomo eletricamente estável é aquele que tem um número de cargas elétricas negativas (elétrons) igual ao número de cargas elétricas positivas (prótons).

Átomos eletricamente instáveis são aqueles que possuem maior ou menor quantidade de elétrons, em relação ao número de prótons. Átomos eletricamente instáveis são denominados íons. Na estrutura atômica podem-se observar outros movimentos, além do movimento dos elétrons ao redor do núcleo.

São os movimentos dos elétrons girando sobre seu próprio eixo e dos núcleos girando também em torno de seus eixos. No fenômeno da RM tem especial importância o movimento do núcleo em torno do seu eixo, particularmente quando este é colocado em um campo magnético, isto porque, como sabemos da física clássica, corrente elétrica em movimento através de um fio ou carga elétrica em movimento gera um campo magnético.

O próton de hidrogênio, por exemplo, girando em torno do seu próprio eixo cria um minúsculo campo magnético. São denominados núcleos ativos em RM, aqueles que têm tendência a alinhar seu eixo de rotação a um campo magnético externo aplicado, graças às leis da indução eletromagnética. Estes núcleos possuem, portanto, carga efetiva e em rotação dentro de um campo magnético adquirem um momento magnético, ou momento angular, ou rotação "spin".

O alinhamento, ou a somatória dos momentos magnéticos dentro de um campo magnético, é expresso como um vetor somatório. Para se produzir uma imagem por ressonância magnética, é necessária os processos de alinhamento nuclear, excitação dos prótons por radiofreqüência, codificação espacial e formação de imagens.

O magneto alinha os núcleos em estados de baixa energia (paralelo ao campo magnético) e alta energia (antiparalelo ao campo magnético). Uma fonte de radiofreqüência excita o vetor longitudinal para o plano transversal, onde o sinal resultante é captado pela antena receptora de radiofreqüência. Portanto, o sinal de RM, origina-se dos núcleos dos átomos de uma determinada região do corpo do paciente, em Ressonância, sob a ação de um campo magnético homogêneo e uniforme.

Os átomos que produzem sinal na RM são o hidrogênio, sódio, fósforo e carbono, sendo o hidrogênio, aquele que produz a maior intensidade de sinal. O núcleo do hidrogênio é formado por um próton, apenas. Seu número atômico, portanto, é igual ao número de massa. Seu próton solitário lhe proporciona um momento magnético bem definido e, por ser abundante nos animais, constitui a base da imaginologia por RM.

O corpo humano, por exemplo, se constitui de 70 a 80% de água. Como já foi dito, toda vez que partículas elétricas se movem, elas criam um campo magnético. O hidrogênio, com o movimento rotacional de seu próton único, cria um campo magnético induzido à sua volta. Desta forma, esta minúscula partícula funciona nada mais, nada menos, como um magneto de proporções infinitesimais provido de pólos norte e sul, de igual intensidade.

Os pólos deste pequeno magneto são alinhados por um eixo que representa o momento magnético que tem as propriedades de um vetor: a direção do vetor é a direção do momento magnético e o comprimento do vetor é igual ao comprimento do momento magnético. Na natureza, apenas sob o efeito do campo magnético terrestre, os momentos magnéticos dos núcleos de hidrogênio não têm uma orientação definida.

Porém, em ambientes de fortes campos magnéticos estáticos os momentos magnéticos dos núcleos de hidrogênio se alinham a este campo magnético, como uma agulha magnética se alinha ao campo magnético terrestre, a maior parte dos núcleos alinhando-se na mesma direção (paralela) e uma pequena parte na direção oposta (antiparalela) ao eixo do campo magnético.

Os núcleos que alinham seu momento magnético na direção paralela são considerados de baixa energia ou de rotação positiva e os que alinham seu momento magnético na direção antiparalela (180º, na direção oposta) são de alta energia ou de rotação negativa.

Dentro de um campo magnético forte e estático, os fatores determinantes do alinhamento do momento magnético para cima (paralelo) ou para baixo (antiparalelo) são a potência deste campo magnético e o nível de energia térmica dos núcleos, pois núcleos de baixa energia térmica não possuem energia suficiente para opor-se ao campo magnético na direção antiparalela.

Núcleos de alta energia térmica, contudo, dispõem de um diferencial de energia térmica suficiente para opor-se ao campo magnético externo. Porém, se aumentarmos a potência do campo magnético externo, o número destes núcleos de alta energia diminuem progressivamente.

Como o estado paralelo é de baixa energia, ele é mais estável que o estado antiparalelo, de alta energia, e dentro de um forte campo magnético o número de prótons apontando para cima (direção paralela) é maior do que o número de prótons apontando para baixo (direção antiparalela).

Assim sendo, a diferença da somatória de prótons para cima e da somatória de prótons para baixo é representada por um vetor (resultante) cuja direção é a mesma do campo magnético. Em imageologia, o paciente é sempre colocado em um campo magnético externo de potência fixa e a resultante é representada por um único vetor denominado vetor de magnetização efetiva (VME).

Portanto, o VME seria um vetor que representaria a diferença de energia entre a população de prótons de hidrogênio de baixas e altas energias e, quando este estado é alcançado, dizemos que os tecidos do paciente estão em equilíbrio e totalmente magnetizados.

Pode-se provocar uma mudança na direção do VME de um determinado tecido do paciente, de um estado de baixa energia (paralela) para um estado de alta energia (antiparalela), bastando, para isso, acrescentar aos prótons em questão energia na forma de ondas de rádio.

A medida que uma maior quantidade de energia é acrescentada ao sistema, maior a quantidade de campos magnéticos protômicos que mudam para a direção oposta, de baixo para cima e maior, portanto, a intensidade do VME.

Assim, o VME é tanto maior quanto maior o campo magnético em que está inserido o paciente. É por isso que, em campos de alta potência, os sinais obtidos são melhores.