Todos os seres vivos, desde as células até aos organismos, produzem sinais de origem biológica. Estes sinais podem ser eléctricos (despolarização de uma célula ou músculo cardíaco), mecânicos (sons gerados pelo encerramentos das válvulas cardíacas) ou químicos (saturação de oxigénio do sangue). Estes sinais biológicos podem ter interesse para o diagnóstico, para a monitorização dos doentes ou mesmo para investigação biomédica.
O processamento de sinal permite a detecção de parâmetros que suportam a decisão clínica e a análise ao longo do tempo.
O objectivo do processamento de sinal é deduzir informação clínica a partir dos sinais biológicos. Desta forma durante o processamento há diminuição do ruído / perturbação, redução da quantidade de dados / informação, para que seja possível fazer o processamento dos parâmetros mais importantes para o diagnóstico.
O processamento de sinal biológico consiste habitualmente em 4 estadios:
Os sinais biológicos podem-se dividir em três diferentes tipos dependendo da origem de sinal: Eléctricos, Mecânicos, Químicos
A tabela seguinte descreve os mecanismos fisiológicos responsáveis pelo sinal eléctrico, os aparelhos de aquisição e o nome do sinal processado.
| Mecanismo fisiológico | Aparelho de aquisição | Sinal processado |
|---|---|---|
| Despolarização celula cardíaca | Electrocardiografia | Electrocardiograma |
| Despolarização celula neuronal | Electroencefalografia | Electroencefalograma |
| Despolarização celula muscular | Electromiografia | Electromiograma |
| Despolarização celula muscular ocular | Electrooculografia | Electromiograma |
| Exemplo de Sinal Eléctrico | |
|---|---|
| Na figura seguinte são apresentados exemplos de electroencefalograma, electrocardiograma e electromiograma. |
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A tabela seguinte descreve os mecanismos fisiológicos responsáveis pelo sinal mecânico, os aparelhos de aquisição e o nome do sinal processado.
| Mecanismo fisiológico | Aparelho de aquisição | Sinal processado |
|---|---|---|
| Batimentos cardíacos fetais | Cardiotocografo | Cardiotocografia |
| Contracções uterinas | Cardiotocografo | Cardiotocografia |
| Pressão venosa central | Cateter venoso central | valor da pressão venosa central instantânea |
| Pressão intracerebral | Catéter medular | Valor da pressão intracerebral |
| Ventilação | Espirometro | Espirometria |
| Tensão arterial | Esfingmomanómetro | Valor tensional |
| Exemplo de Sinal Mecânico | |
|---|---|
| Na figura seguinte são apresentados exemplos de cardiotocograma e provas funcionais respiratórias. |
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A tabela seguinte descreve os mecanismos fisiológicos responsáveis pelo sinal químico, os aparelhos de aquisição e o nome do sinal processado.
| Mecanismo fisiológico | Aparelho de aquisição | Sinal processado |
|---|---|---|
| Saturação oxigénio no sangue |
Saturímetro | Valor da saturação de oxigénio no sangue instantânea |
O sinal adquirido pode ser descrito na forma de ondas que dependendo do tipo de sinal podem ser determinísticas ou estocásticas.
Ondas determinísticas - processos biológicos com características repetitivas, geralmente sinais também eles repetitivos (ex.: ECG) Ondas estocásticas ou estatísticas - não apresentam um padrão repetitivo (ex.: electromiografia, electroencefalografia)O sinal de característica determinística, dada a sua natureza repetitiva, necessitade um menor tempo de aquisição que o sinal de característica estocástica, para que existam dados suficientes para o processamento. Esta diferença tem implicações de ordem médica, no que diz respeito ao tempo necessário para um correcto diagnóstico / problema, sendo por vezes muito difícil conseguir detectar os desvios do normal.
| Exemplos de ondas | |
|---|---|
| Na figura seguinte são apresentados exemplos de ondas determinísticas e estocásticas. | |
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| Electrocardiograma (ondas determinística) | Electroencefalograma (onda estocástica) |
A aquisição e processamento de sinal divide-se fundamentalmente em quatro áreas de intervenção:análise funcional, rastreio da população, análise on-line e investigação.
Análise funcional - feito em unidades de diagnóstico - análise de electroencefalogramas, electrocardiogramas, espirometria etc. Rastreio da população - o mesmo tipo de processamento de sinal utilizado na análise funcional, encontra-se em aplicações de sinal biológico usadas no rastreio da população Análise on-line - monitorização dos doentes internados nas unidades de cuidados intensivos Investigação- exemplo da fisiologia que têm processamento de sinal para analisar despolarização celularO processamento de imagem pode ser definido como a aplicação de uma série de processos de aquisição, correcção, melhoramento, transformação ou compressão da imagem. O objectivo é melhorar a qualidade da imagem e da informação que pode ser retirada.
Em medicina, a radiologia é uma das áreas médicas que mais utiliza técnicas de processamento de imagem.
Desde a descoberta dos raios X por Wilhelm Konrad Roentgen em 1895, a Radiologia manteve-se inalterada na sua essência até meados dos anos 60, isto é, uma energia modulada ao atravessar o corpo é registada num receptor, o filme radiográfico ou o ecrã radioscópico, como uma representação analógica.
O extraordinário desenvolvimento dos computadores, quanto à sua capacidade de miniaturização, permitiu revolucionar o conceito de radiologia, tornando possível o advento da tomografia computorizada, e abrir toda uma gama de de novas possibilidades, com especial ênfase para o uso de energias não ionizantes.
O radiologista passou a conviver com um novo conceito de representação do objecto radiológico - a representação digital. Enquanto a uma representação analógica tem subjacente uma possibilidade infinita de valores diferentes distribuídos no espaço, uma representação digital é discreta, com mudanças bruscas entre valores que são invariáveis dentro de certos limites, cuja dimensão definição define a unidade elementar da imagem, designada de pixel (picture x element). Esta representação digital leva a uma resolução espacial pior que a imagem analógica. Realmente uma radiografia simples, que é uma imagem analógica, tem como limite de resolução espacial o tamanho do grão fotográfico, muito mais pequeno que o tamanho do pixel.
Não só os Raios X, mas também as Tomografias Computorizadas (TC), as Ressonâncias Magnéticas Nucleares (RMN), a Tomografia de Emissão de Positrões (PET) e as ecografias resultam em imagens que têm que ser interpretadas.
Vantagens da imagem digital
Aquisição / Digitalização
O processo de digitalização é um processo de amostragem, em que cada pixel é representado por um número inteiro proporcional ao valor do brilho e cor no ponto correspondente na imagem analógica.
Processo de Digitalização
Transformação e Segmentação
Uma vez obtida a imagem digital podem ser realizadas operações de alteração da imagem ou partes desta de forma a alcançar determinados objectivos. Estas técnicas de processamento têm aplicações no aperfeiçoamento de alguns aspectos da imagem, extracção de regiões de interesse (segmentação) e a análise destas regiões.
As técnicas de aperfeiçoamento de imagem tem por objectivo corrigir alguns aspectos da imagem ou aperfeiçoar a imagem num determinado local, por exemplo, para melhorar a nitidez.
Algumas formas de processamento:
- Aplicação filtros digitais - atenuar ruídos e realçar contornos
- Sistemas de operadores de gradiente - detecção de contornos
- Processo de segmentação - extrair regiões de interesse da imagem total. Uma vez extraída podem-se efectuar diversas análises
- Registo de imagem - garantir o alinhamento das imagens aquando da sobreposição (angiografia de subtração)
- Reconstrução do volume - reconstrução tridimensional de imagens de tomografia
- Determinar parâmetros mensuráveis - volume ou tamanho de um órgão ou feto, características de intensidade, de cor e de textura
Reconhecimento de padrões
O reconhecimentos de padrões (extracção de características) é o processo a partir do qual são obtidos parâmetros, que podem ser, por exemplo, usados num processo de classificação.O exemplo típico de uma aplicação de processamento de imagem com capacidade de reconhecimento de padrões é a classificação de tumores, em que pequenas regiões de uma imagem de raios X são analisadas, e em função de diversos factores, como intensidade, perímetro e área é possível reconhecer cada uma destas partes como tendo um padrão que a classifique como sendo ou não um tumor.
A radiologia digital permite o estabelecimento de padrões radiológicos enriquecidos e reconhecidos por computador, a partir do que se obtém um grande incremento na hierarquização diagnóstica percentual em termos quantitativos e qualitativos. Por exemplo, a resposta terapêutica de uma insuficiência cardíaca baseia-se em medições muito mais reais do que a simples apreciação subjectiva do radiologista, permitindo avaliar, em termos quantitativos e percentuais, a sua eficácia e o desvio positivo ou negativo da evolução. Identicamente este conceito tem uma vasta aplicação a muitas patologias, como a resposta de um tumor à radioterapia, à quimioterapia ou embolização.
Os procedimentos de processamento e análise de imagem digital têm estado em desenvolvimento desde a utilização dos computadores digitais. O maior contributo foi feito pelo desenvolvimento de sensores que permitem resoluções muito melhores a par com maior velocidade e memória dos computadores. Enquanto as primeiras aplicações se baseavam na análise de uma única imagem, é actualmente possivel a análise de imagens multimodais (permitem a fusão de informação de origens diferentes, como raio X e ressonância magnética).Estas técnicas de reconhecimento de padrões baseiam-se na existência de modelos matemáticos, e mais recentemente em técnicas de inteligência artificial.
Em resumo, o sistema melhora as imagens, reconhece padrões radiológicos, refina o diagnóstico, realça regiões, oferece diagnósticos diferenciais hierárquicos para o radiologista valorizar ou validar ou propor discussão multidisciplinar. A possibilidade de ter aplicações que fazem análise tri-dimensional de imagens são objectivos realistas.
O resultado tem expressão na precocidade do diagnóstico, diminuição na quantidade de radiações e redução dos custos.
"Sempre sonhando na fronteira mal definida do conhecimento real, a Inteligencia Artificial toma cada vez mais contornos de uma realidade possível a médio-prazo. As artificial neural networks terão um impacto tal na velocidade e na autonomia do processamento dos computadores, que vão multiplicar muitas vezes os sistemas actuais de auxílio no diagnóstico (CAD - computer aided diagnosis)." in Noções Fundamentais de Imagiologia - cap. 8
Radiologia: aplicação de certas radiações electromagnéticas (raios X, ultravioletas, etc.) ao diagnóstico e à terapêutica. Raios X: Radiações electromagnéticas de pequeníssimo comprimento de onda e de grande poder de penetração, que se produzem quando um feixe de electrões embate contra um obstáculo, e que foram descobertas em 1895 pelo físico alemão W. C. Röntgen, 1845-1923; (in dicionário da língua portuguesa on-line)
De modo geral, dizem-se ionizantes aquelas radiações capazer de produzir ionização em estruturas biológicas. As energias mínimas necessárias para ionizar os átomos mais frequentes nas moléculas orgânicas variam entre cerca de 11 e 14 eV. São radiações ionizantes as partículas alfa e beta, os neutrões e a radiação elctromagnética de pequeno comprimento de onda (alta energia), como as radiações gama, X e UV (raios ultravioleta).
Para fins de diagnóstico e terapêutica com raios X ou gama, interessam os fotões apenas de um determinado intervalo, 20 KeV e alguns MeV que são, obviamente radiações ionizantes.As principais origens de radiação ionizante produzida pelo homem, são os aparelhos de raios X destinados a diagnóstico, terapêutica, indústria e investigação, os radionúclidos artificiais localizados ou produzidos em reactores nucleares, aceleradores de partículas, centrais nucleares, navios de propulsão nuclear, armas ou desperdícios nucleares e as lâmpadas de radiação ultravioleta. De todas estas causas de radiação ionizante artificial, o maior agente de irradiação da espécie humana, são os raios X utilizados para fins diagnóstico.
A radiologia pode ser dividida em telerradiologia e tomografia computorizada.
Os feixes de raios X são gerados em tubos de raios X. O feixe é direccionado para a parte do paciente a ser observada. Atrás do paciente são detectados os raios X com a ajuda de um ecrã que produz luz visível A atenuação dos raios X depende do tipo de tecido (densidade e composição química) e da quantidade de tecido atravessado.
Os primeiros clínicos a utilizarem a telerradiologia limitaram-se ao estudo dos ossos e à pesquisa de corpos estranhos. Rapidamente se percebeu que a utilização de raios X vai muito além destas funcionalidades e muitas outras estruturas e patologias podem ser estudadas desta forma.
Logo após o início da utilização de raios X percebeu-se que a introdução de contrastes nas estruturas ocas, permitiria o registo radiográfico das mesmas. Desta forma começou o desenvolvimento dos Rx contrastados e da angiografia. O uso de contraste para estudo do tubo digestivo continua actualmente e ser de extrema importância no estudo de múltiplas patologias.
A imagem radiológica divide-se ainda em imagem estática e imagem dinâmica. Há estruturas que só se estudam através de imagem fixa, como é o caso do osso. Outras necessitam de uma análise durante os seus movimentos, com acontece, por ex., com o tubo digestivo.
Aplicações médicas
Principais problemas
Nota
Angiografia: Os vasos sanguíneos normalmente absorvem tanta radiação quanto os tecidos que os circundam, não sendo possível distingui-los nas imagens geradas pelos raios X. Ao injectar agentes de contraste nos vasos sanguíneos, estes vasos passam a ser visíveis (o agente de contraste contém iodo, que absorve raios X).
DSA (Digital Substraction Angiography): No entanto a distinção entre estes vasos e os ossos é difícil, dado o olho humano não ser capaz de distinguir diferenças de contraste inferiores a 3%. Assim utiliza-se um procedimento denominado DSA. Este procedimento consiste no armazenamento inicial de uma imagem de raios X. Em seguida é injectado o agente de contraste nos vasos sanguíneos sendo então obtida uma segunda imagem dos raios X. Pela diferença das duas imagens obtidas visualiza-se a localização dos vasos sanguíneos.
Tomografia - Tomus (corte) + grafos (imagem, escrita, gráfico)
As imagens geradas pelos raios X convencionais são projecções que não revelam a geometria da distribuição dos orgãos. Os orgãos que se encontrarem detrás de outros serão sobrepostos na imagem sendo os volumes tridimencionais projectados em duas dimensões. Para se obter uma ideia tridimensional , é necessário obter várias imagens de diferentes ângulos.(Mais informação).
A Tomografia Computorizada (TC) é um método de imagem empregue em Medicina desde meados dos anos 70. As imagens baseiam-se no diferente coeficiente de atenuação dos diferentes tecidos atravessados por radiação X, e traduzem-se, na pelicula radiográfica, por diversos tons numa escala de cinzentos, permitindo definir contornos anatómicos e logo dar informação diagnóstica.
Nos métodos de tomografia dita convencional (linear ou multidireccional) ocorre movimento síncrono da fonte de raios X e da película radiográfica em torno de um fulcro localizado no plano das estruturas a estudar, obtendo-se melhor nitidez e definição dos acidentes anatómicos contidos no plano de corte e, simultaneamente, em fazer desaparecer as estruturas à frente e atrás deste mesmo plano. Tais métodos, utilizados até há cerca de uma dezena de anos e de forma clássica na apreciação do nódulo solitário do pulmão e no ouvido interno, estão hoje em dia, face aos avanças tecnológicos, inapalavelmente condenados ao abandono. Para tal, foi determinante o aparecimento e o rápido desenvolvimento da TC, aliando tecnologia avançada de computorização digital de alta velocidade e de algoritmos utilizados para reconstrução de imagens, a uma nova forma de processamento tomográfico.
Nota
Componentes do equipamento de TC: Todos os aparelhos têm uma "gantry", gerador de raios X, sistema de computarização, consola do operador e sistema de registo de imagem. Acessoriamente poderá existir uma 2ª consola permitindo a um 2º oprrador um tratamento independente das imagens.
Existe uma ampola que emite radiação X à medida que vai rodando de forma axial em torno do doente, enquanto um conjunto de detectores do lado oposto detecta os raios X transmitidos através do doente. Existem depois algoritmos computorizados, que utilizando os dados digitalizados obtidos através dos detectores, criam imagens tomográficas axiais do corpo em estudo. Num doente, a imagem assim reconstruída não é perturbada pelas estruturas anatómicas localizadas acima e abaixo do plano de corte e traduz-se na matriz por tons numa escala de cinzentos, correspondentes aos diferentes valores de atenuação registados pelo computador, os quais, porque são mensuráveis e reprodutíveis, são capazes de dar informação diagnóstica importante das estruturas apreciadas.
Numa imagem reconstruída, a mais pequena unidade calculada é pontual e denomina-se pixel ("picture element"). Os valores do pixel estão directamente relacionados com os coeficientes de atenuação do corte. Com base na espessura do corte, o pixel representa também parte de um volume designado por voxel ("volume element").
As imagens obtidas por TC têm de forma genérica 12 bits por pixel, sendo esta informação usada para representar números que vão desde -1000 a 3095, num total de 4096 (2^12) valores numa escala de cinzentos. Esta grande variação, aliada à limitação do olho humano na sua capacidade de distinção de uma larga gama de tons passíveis de colocação numa só imagem, obriga a determinados ajustamentos nas condições do seu visionamento. Falamos dos conceitos de nível de janela (centro de escalas de cinzentos, que permite determinar quais as estruturas anatómicas que queremos ver representadas nos tons médios de cinzento da imagem) e largura de janela (expansão da escala de cinzentos).
Nota
Durante os anos 70 começaram a ser utilizados na prática clínica os equipamentos de TC designados como de 1ª e 2ª geração, com tempos mínimos de corte da ordem dos 4-5 minutos e 10-20 segundos respectivamente e, logo, sobretudo aplicáveis no estudo de zonas do corpo passíveis de imobilização durante tempo prolongado, caso do crâneo. Nos anos 80 desenvolverem-se os equipamento de 3ª e 4ª geração, permitindo tempo de corte de 1-2 segundos.
Esta evolução tecnológica, nomeadamente o encurtamento dos tempos de realização e de intervalo entre cortes, foi importante para reduzir os efeitos negativos ocasionados pelo movimento do doente, condicionadores de menor nitidez da imagem e maior possibilidade de omissão de visualização de níveis anatómicos em cortes contíguos.O mais importante avanço foi, porém, o proporcionado pela técnica de aquisição helicoidal (espiral), inovação da 2ª metade dos anos 90. Neste sistema há uma aquisição volumétrica de toda uma região do corpo a apreciar, conseguida através da rotação contínua da ampola (em movimento helicoidal ou espiral) e detectores em torno do doente numa permanente aquisição de dados, enquanto simultaneamente a mesa desliza sem paragem através da abertura da gantry. Com esta técnica podem reconstruir-se imagens em qualquer plano contido da totalidade de volume apreciado. A TC helicoidal (espiral) permite ainda obtenção de reconstruções multiplanares, isto é, possibilidade de reconstruir a partir de cortes axiais, cortes noutos planos do espaço e representações tridimensionais.
Aplicações Médicas
Vantagens
Desvantagens
Ultrasom: fenómeno ondulatório elástico, de frequência superior ao limite dos sons audíveis (maior do que 20 000 hertz), com aplicação importante na medicina, na investigação das propriedades físicas dos materiais, na emulsificação, etc...Na evolução da espécie humana os ultrassons têm sido utilizados em diferentes aplicações, que vão desde as tecnológicas às dedicadas ao diagnóstico médico.
Os principios dos ultrassons foram estudados no século passado por Jobin Strutt, que publicou "A Teoria do Som" em 1877. Em 1912, a tragédia do Titanic foi um dos vários acidentes que incentivaram os cientistas na procura de métodos de detecção de obstáculos no mar.
E já na 2ª Guerra Mundial, a Marinha utilizou os ecos pulsados para detectar os movimentos dos submarinhos inimigos; a Industria utiliza-os na detecção de falhas nos materiais, como acontece no domínio da aviação onde permitem a detecção precoce de fissuras nas asas dos aviões. Muitos outros exemplos da sua aplicação em áreas não médicas poderiam ser dados.
No âmbto da medicina, os ultrassons são utilizados quer como método de diagnóstico, quer de terapêutica, sendo no primeiro caso usados como uma modalidade radiológica que exemplifica a imagem obtida por reflecção.Os ultrassons são uma forma de energia que se obtem pela transmissão de vibração mecânica através de um meio. A energia ultrassónica atravessa o meio onde é transmitida em forma de onda. É sempre necessária a existência de um meio que permita a sua transmissão, e ao contrário do que acontece com os raios X ou a luz, estes não se propagam no vácuo, dado ser necessário que haja interacção entre moléculas, sendo as vibrações passadas de molécula a molécula. Porque os tecidos têm uma constituição molecular variada, a velocidade de propagação dos ultrassons é variável com o meio.
A frequência dos sons é medida em Hertz (Hz) ou ciclos por segundo. As frequências médicas são medidas em milhões de Hertz (MHz). Quanto maior fôr a frequência, mais curto é o comprimento de onda e maior a energia do som. A frequência de ultrassons necessária à obtenção de imagem médica são da gama de frequência de 1 -30 MHz (adultos 2 - 3 MHz; criança 5 - 10 MHZ).
Assim que uma onda sonora encontra um tecido, uma parte desta onda é reflectida, sendo o tempo que leva a regressar ao ponto de origem (eco), proporcional à distância a que se encontra o tecido. O sinal refletido é processado e transformado em imagem. A aquisição médica de imagem usando ultrassons usa os ecos resultantes da reflexões. A amplitude do sinal de eco depende das propriedades acústicas dos tecidos e manifesta-se na imagem gerada sob a forma de diferentes intensidades no brilho produzido.
O processamento da imagem gera um conjunto de cinzentos em função do grau de som que é reflectido. Normalmente associa-se o branco aos bons reflectores como osso, o gás e cálculos, e o preto aos maus reflectores (que permitem ao som atravessar sem dificuldades) como os fluidos. O resultado é que uma vesícula biliar vai aparecer negra e as pedras brancas, e um feto no útero vai parecer branco rodeado de líquido amniótico negro.
Os sinais de maior intensidade são representados a branco e a ausência de sinal a preto, sendo os sinais intermédios representados em diferentes cinzentos.
A possibilidade técnica de se obterem 15 a 60 imagem por segundo permite que elas sejam apresentadas em "tempo real" dando a impressão de movimento.Nos ultrassons a utilização de cores é fundamental (efeito doppler). Uma estrutura não pode ser só localizada no corpo humana utilizandos ultrassons, mas também é possível determinar a que velocidade e em que direcção essa estrutura se move. Quando o som embate num objecto em movimento, é reflectido de forma diferente, e analisando essa diferença o computador pode calcular uma série de parâmetros sobre o movimento dessa estrutura. Nos ultrassons o movimento é representado na forma de cores. O movimento na direcção do transdutor é vermelho, o que se afasta do transdutor é azul.
Para a maior parte dos orgãos que não têm movimento esta informação de fluxo não é relevante. Mas para outras estruturas, como as estruturas sanguíneas que circulam em artérias e veias a informação sobre o movimento e a sua caracterização é muito importante. No pescoço, por exemplo, pode-se observar a circulação sanguínea através das artérias carótidas, e pode-se obter informação sobre este fluxo, sua turbulência e velocidade. Este informação sobre o fluxo pode ser importante em muitos sitios como a cabeça, pescoço, coração, fígado, útero, e em quase qualquer local no abdómen, pelvis e membros.
Aplicação médica
- Estruturas cervicais - tiroide, gânglios cervicais ou massas cervicais
- Estruturas abdominais - orgãos maciços (fígado, baço, rins, pâncreas) ou vesicula biliar
- Estruturas pélvicas - ovários, bexiga, prostata, útero ou trompas uterinas.
- Estruturas oculares - câmaras anterior e câmara posterior
- Estruturas cardíacas - ecocardiograma permite a avaliação da função contráctil miocárdica, o estudo das válvulas cardíacas e a avaliação das pressões das câmaras cardíacas e dos grandes vasos.
- Na obstetrícia - visualização do embrião e feto, durante os vários estadios de desenvolvimento, incluindo ecocardiografia fetal e estudo doppler dos vasos do cordão umbilical e placenta.
- Estruturas cerebrais - massas intracerebrais, hemorragias ou malformações ventriculares fundamentalmente no recém-nascido.
- Estruturas articulares - avaliação da presença de líquido intra-articular, sinais de infecção ou degenerecência.
- Estruturas mamárias
- Ecoendoscopia
Vantagens
- não invasivo
- o exame de ultrasom é barato quando comparado com outros meios de visualização médica;
- é hoje um método que opera em tempo real, ou seja, podem-se ver eventos ao mesmo tempo que estes ocorrem. (Ex.: Podem-se observar os movimentos do coração e válvulas em tempo real);
- é inocuo (não representa risco para o doente, pelo facto de não utilizar radiações)
- possibilidade de reconstrução tri-dimensional
Desvantagens
- os ultrasons não conseguem penetrar ossos, nem espaços com ar. Consequentemente as estruturas osseas não podem ser estudadas por este método imagiológico (excepção feita aos fetos cujas estruturas são cartilagíneas). Uma vez, que os espaços com ar não permitem a passagem dos feixes sonoros, as estruturas com ar como o intestino, não pode ser estudado por ecografia. Mais ainda a presença de ar no interior do intestino pode dificultar a visualização de estrturas maciças intra-abdominais como o pâncreas e outras estrutras retroperitoneais. Outra estrutura que não pode ser estudada por ecografia são os pulmões. Os derrames pleurais (presença de líquido entre a pleura e o parênquima pulmonar) podem ser estudados desta forma, uma vez que é constituída por líquido.
- este método depende do operador
Ressonância Magnética
MRI (Magnetic Resonance Imaging): Neste método o paciente é colocado num tubo onde vários campos magnéticos são aplicados ao corpo. A forma como o corpo responde quando estes campos são criados e retirados é anotada e enviada para um computador juntamente com informação do local onde ocorreram as interacções. Uma infinidade de pontos são enviados para o computador que os processa e gera uma imagem.O núcleo é contituido por protões e os neutrões, os quais possuem momentos magnéticos, dando-lhes assim propriedades idênticas a pequenos magnetos. Isto quer dizer que eles produzem em si mesmo pequenos campos magnéticos, os quais sofrem a acção de rotação e orientação uma vez colocados num campo magnético uniforme.
Contudo, certos núcleos como os da água, possuem um número impar de protões, o que permite criar um momento magnético dipolar, permitindo assim o fenómeno da Ressonância Magnética. Os núcleos de hidrogénio, uma vez situados num campo magnético, têm tendência a alinhar com o mesmo, com uma maioria paralela à direcção do campo magnético externo.
Quando submetidos a campos magnéticos muito fortes, a magnetização que os núcleos sofrem em alguns tecidos, poderá ser mais rápida que a sofrida noutros tipos de tecidos; também tecidos diferentes variam na sua velocidade de desmagnetização. Ao demonstrar as diferentes velocidades de magnetização e desmagnetização dos tecidos e orgãos do corpo humano, a Ressonância Magnética permite-nos determinar os constituintes destas estruturas. Em termos práticos, são as velocidades de magnetização e desmagnetização demonstradas como diferentes escalas de cinzento, entre o preto-cinzento-branco nas imagens por Ressonância Magnética.
À semelhança de todos os métodos de imagem, é finalidade da imagem por Ressonância Magnética, facilitar a detecção, localização e se possível caracterizar a presença de um processo patológico ou, em última análise, excluí-lo.
Aplicação Médica
- Sistema Nervoso Central - alterações estruturais - patologia neoplásica e não neoplásica
- Coluna, medula e conteúdo do canal medular - patologia neoplásica, patologia infecciosa/inflamatória, patologia degenerativa, etc
- Sistema cardiovascular - avaliação da aorta torácica. A aplicação de técnicas angiográficas por ressonância magnética, sem ou com a utilização de contraste paramagnético, abrui uma possibilidade muito promissora de estudo da patologia arterial e venosa.
- Tórax - patologia neoplásica mediastinica e pulmonar (fundamentalmente com invasão da parede)
- Abdómen - estudo extensão tumoral em orgãos sólidos, caracterização das massas tumorais hepáticas
- Pélvis - estadiamento e planeamento terapêutico nos carcinomas do endométrio, do colo uterino e próstata.
- Sistema musculo-esquelético
Vantagens
- Imagens seccionais multiplanares - em planos perpendiculares ao maior eixo do corpo (transversos) e planos paralelos ao maior eixo do corpo (coronal, sagital e oblíquo)
- Elevada sensibilidade ao movimento dos fluídos (sangue, liquor)
- Não utiliza radiação ionizante (faz parte do espectro electromagnético, à semelhança dos raios X, mas com frequências e energias muito mais baixas). As imagens dos tecidos são baseadas nas suas propriedades físicas e bioquimicas
- Visualização fácil de tecidos rodeados por estruturas ósseas
- Excelente resolução de imagem (512x512)
- Sem efeitos secundários conhecidos
- Permite realizar imagem 3D
Desvantagens
- Custo
- Alguns doentes tem contra-indicações relacionadas com o alto campo magnético: pace-makers, estruturas ferro-magnéticas no corpo, doentes em estado crítico - ventilados, doentes que sofram claustrofobia, doentes extremamente obesos
- Alterações patológicas que envolvam calcificações dos tecidos podem não ser demonstradas: alterações patológicas do osso cortical, calcificações patológicas dos tumores
Medicina Nuclear
A imagem cintigráfica baseia-se na capacidade de detectar radiação gama e X emitida por material radioactivo. Os modernos detectores de radiação são capazes de avaliar a distribuição do material radioactivo no corpo humano, podendo determinar a fixação e excreção do material de um determinado orgão e assim, gerar imagens da sua actividade no corpo humano. A radiação do material radioactivo usado é então utilizada para gerar uma imagem.
A especialidade de Medicina Nuclear surgiu no início dos anos 50. O material radioactivo mais utilizado em medicina nuclear é o tecnécio-99m (Tc-99m). Esta radiação tem um poder de penetração suficiente para permitir que uma fracção razoável (30-50%) da sua intensidade, possa libertar-se do corpo humano e ser captada por um detector.
Existem diferentes tipos de detectores de radiações, dos quais os mais úteis em Medicina Nuclear são os detectores de cintilação. Estes utilizam um cristal de iodeto de sódio, contendo pequeníssimas quantidades de tálio. Quando a radiação incide no cristal e é absorvida por ele, a energia depositada é convertida em luz - processo conhecido por cintilação. A quantidade de luz emitida é proporcional à quantidade de radiação absorvida pelo cristal. Assim, a radiação emitida é parcialmente absorvida pelo corpo humano, sendo a restante radiação detectada por uma câmara de raios gama. Esta câmara está ligada a um computador que gera uma imagem à custa da radiação captada - gama-câmara digital. A gama-câmara típica utiliza um cristal de iodeto de sódio de grandes dimensões, geralmente com 40 x 50 cm, com um espessura de 1 cm. As gama-câmaras podem funcionar de diferentes modos: estático, dinâmico, de corpo inteiro e sincronizado.
Modo de aquisição estático - o detector faz a aquisição de uma imagem única de uma região do corpo Modo de aquisição dinâmico - o detector faz aquisição de imagens em função do tempo. Utilizado para avaliar fixação / excreção de um radiofàrmaco no corpo ao longo o tempo Modo de aquisição de corpo inteiro - o detector percorre o corpo do doente e cria uma única imagem de corpo inteiro. (estudo esqueleto ósseo) Modo de aquisição sincronizado - o detector faz a aquisição de uma série de imagens, como uma função da fase do ciclo cardíaco, o que requer que o electrocardiograma seja digitalizado e informatizado em sincronismo com a aquisição de imagem. O computador correlaciona a imagem com a fase do ciclo cardíaco e pode assim originar um estudo dinâmico do ritmo cardíaco.Nota
Estas imagens são todas classificadas como planares, originando uma imagem bi-dimensional do corpo. Todas as gama-câmaras actuais podem igualamente trabalhar em modo tomográfico - Tomografia de emissão fotónica simples.
Radiofármacos
Radiofármacos são substâncias quimicas que contêm elementos radioactivos (radionuclidos) na sua estrutura. A entidade quimica determina a biodistribuição deste fármaco radioactivo, enquanto que o seu elemento radioactivo emite radiação para obtenção da imagem em termos diagnóstico (radiação gama ou X) ou para aplicabilidade terapêutica (partículas alfa ou beta).O tipo de material depende do tipo de exame que se pretende executar. O radiofarmaco é seleccionado de forma que seja absorvido pelo orgão que pretendemos analisar.
Os radiofármacos não produzem efeito farmacológico, porque as doses administradas são muito reduzidas. As reacções adversas são raras não só porque as doses administradas ao paciente são muito pequenas, como também pelo número limitado de vezes em que lhe são administradas. A administração é habitualmente endovenosa.
Aplicação Médica
- Cintigrafia pulmonar- estudos de ventilação e perfusão pulmonar em Medicina Nuclear permitem a avaliação da integridade ventilatória e vascular do pulmão. Ex - tromboembolismo pulmonar.
- Cintigrafia cardio-vascular - permite a avaliação da estrutura e função cardíacas, como a angiocintigrafia e os estudos da perfusão miocárdica.
- Cintigrafia genito-urinária - avaliação da perfusão e da função renal, bem como da permeabilidade da drenagem pielo-ureteral.
- Cintigrafia tireoidea - estudo no hipertiroidismo, para exclusão de tiroidite
- Cintigrafia das paratiroides - localização das glândulas, hiperparatiroidismo primário, etc.
- Cintigrafia gastrointestinal - para estudo do trânsito e refluxo esofágico, transito gastro-intestinal, estudos de hemorragias digestivas e divertículo de Meckel
- Cintigrafia hepato-biliar - auxilio no diagnóstico de colecistite aguda, avaliação de complicações pós-cirúrgicas ou de anomalias biliares.
- Cintigrafia do sistema nervoso central - estudos de perfusão cerebral, estudo do fluxo do liquao cefalo-raquidiano, detecção de recidivas de tumores cerebrais e estudos com neuro-receptores.
Imagens com emissores de positrões
Certos tipos de desintegrações nucleares conduzem à emissão de um positrão (electrão positivo). Um positrão geralmente percorre alguns milímetros nos tecidos moles antes de interactuar com um electrão. Esta interacção resulta na aniquilação das duas partículas, gerando-se dois fotões gama, cada um deles com a energia de 511 KeV, emitidos em direcções opostas.
Os fotões gama com energias de 511 KeV, podem ser detectados usando uma gama-câmara equipada com um colimador de alta energia. Contudo o método mais eficiente para a sua detecção consiste em colocar um par de detectores de cada lado da fonte radioactiva em posições diametralmente opostas. Esta é a base da Tomografia de Emissão de Positrões (PET). Este equipamento é aproximadamente 1000 vezes mais sensível do que uma gama-câmara convencional. Além disso a resolução é determinada apenas pelas dimensões de cada cristal (~3 mm) o que confere à PET uma resolução significativamente melhor do que a da gama-câmara.
As grandes vantagens destes exames são a alta resolução da imagem.
As principais indicações clínicas para a PET são o estadiamento inicial do carcinoma do pulmão, linfomas, carcinomas do colon e tireoide, bem como a avaliação da malignidade correlacionando-o com a sua actividade glicolítica (astrocitomas, tumores cabeça e pescoço e sarcomas). Outra aplicabilidade clínica é a caracterização dos nódulos solitários do pulmão e o diagnóstico diferencial entre pancreatite e carcinoma. Utiliza-se ainda no acompanhamento terapêutico e pós-terapêutico de várias neoplasias. Estão em curso trabalhos de investigação para localização de citostáticos bem como detecção de nódulos mamários.
Armazenamento e Transmissão de Imagens
A existencia de um processo de imagem digital, permite a evolução para "Departamentos de radiologia-sem-filme", a gravação em CD-R em standard DICOM e a ligação a intranets, dentro do departamento e da Instituição, e a WANs (wide area network), interinstitucional e internacional.
As imagens digitais ocupam muito espaço de armazenamento. Por esta razão e também para que seja possível a transmissão de imagem de forma eficiente é importante fazer compressão das mesmas.
Em termos de comparação mostra-se na seguinte tabela, o espaço necessário ao armazenamento dos diferentes tipos de imagem.
TC - Tomografia computorizada 50
RMN - Ressonância Magnética Nuclear
TC - Tomografia computorizada 15
Mamografia
Radiografia
Ecografia - Ultra-sons
Medicina Nuclear A possibilidade de aceder às imagens médicas produzidas nos vários centros de um hospital, motiva o desenvolvimento de aplicações capazes de efectuar a integração das mesmas num suporte de comunicação comum.
O objectivo das técnicas de compressão de imagem, é criar imagens que ocupam menos espaço, mas que são suficientemente semelhantes ao original. A partir destas imagens comprimidas, os originais podem ser exactamente reconstruídos pela aplicação de técnicas de descompressão. Com o aumento das redes hospitalares e a integração das tecnologias Web com os equipamentos médicos existentes torna-se desejável o desenvolvimento de sistemas de transmissão de imagem. Idealmente, deveria ser possível a integração destas imagens médicas no registo clínico electrónico.
Na década de 80 surgiram meios capazes de levar a cabo essa integração - PACS - Picture Archiving and Communication System, sistemas que proporcionam o armazenamento e comunicação de imagens de uma forma normalizada.
Deste forma a imagem pode ser produzida num centro específico de um hospital e utilizada em qualquer outro local do hospital.
De forma a permitir que todos os equipamentos comuniquem eficazmente e que os dados possam ser reconhecidos foi criado um standard para compressão de imagens radiológicas médicas - DICOM - Digital Imaging and Communication in Medicine.
A importância da adopção de padrões mundiais de comunicação digital para imagens médicas, torna possível visualizar imagens em qualquer hospital do mundo.
Exercício 1 - Ordene e descreva sucintamente as étapas associadas ao processamento de sinal.
Exercício 2 - Ordene e descreva sucintamente as étapas associadas ao processamento de imagem.
Exercício 3 - Para cada um dos seguintes casos escolha a técnica de imagem mais indicada.
| Caso clínico | Raio-X convencional |
Tomografia computorizada |
Ecografia | Ressonância magnética |
|---|---|---|---|---|
| Suspeita de pneumonia | ||||
| Vigilância da gravidez (desenvolvimento fetal) | ||||
| Suspeita de neoplasia (cancro) pulmonar | ||||
Suspeita de neoplasia (cancro) da mama |
||||
Vigilância de massa intracerebral |
||||
Nódulo na tiroide |
||||
| Estudo de inflamação / infecção articular | ||||
| Diagnóstico de fractura da tíbia | ||||
| Estudo de traumatismo crânio-encefálico | ||||
| Hemorragia intra-cerelbral |
Exercício 4 - Com o objectivo de definir um fluxograma capaz de propor um diagnóstico com base na descrição abaixo:
Descrição:
Considere no sinal seguinte a zona azul como normal e a zona amarela como hipertrofia auricular
 |
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Exercício 5 - Com o objectivo de desenhar um fluxograma capaz de propor um diagnóstico com base na descrição abaixo:
Descrição:
Considere no sinal seguinte a zona azul como normal e a zona amarela como extrassístole ventricular
 |
Resolução 1 - Ver aula.
Resolução 2 - Ver aula.
Resolução 3 - Para cada um dos seguintes casos escolha a técnica de imagem mais indicada.
| Caso clínico | Raio-X convencional |
Tomografia computorizada |
Ecografia | Ressonância magnética |
|---|---|---|---|---|
| Suspeita de pneumonia | X |
|||
| Vigilância da gravidez (desenvolvimento fetal) | X |
|||
| Suspeita de neoplasia (cancro) pulmonar | X |
|||
Suspeita de neoplasia (cancro) da mama * |
X |
X |
||
Vigilância de massa intracerebral |
X |
|||
Nódulo na tiroide |
X |
|||
| Estudo de inflamação / infecção articular | X |
|||
| Diagnóstico de fractura da tíbia | X |
|||
| Estudo de traumatismo crânio-encefálico | X |
|||
| Hemorragia intra-cerelbral | X |
* Qualquer uma das escolhas é correcta.
Resolução 5 - Com o objectivo de desenhar um fluxograma capaz de propor um diagnóstico com base na descrição abaixo:
Resolução 4 - Com o objectivo de definir um fluxograma capaz de propor um diagnóstico com base na descrição abaixo:
Descrição:
Considere no sinal seguinte a zona azul como normal e a zona amarela como hipertrofia auricular
