O Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) está agora fornecendo um novo serviço de medição que pode melhorar a qualidade da imagem por ressonância magnética (MRI) e fornecer um caminho para o uso da MRI para fazer medições precisas e rastreáveis ​​dentro do corpo humano. Ele culmina muitos anos de pesquisa por cientistas do NIST que trabalham na fronteira da imagiologia médica quantitativa para a medicina de precisão.

Os médicos precisam de imagens altamente precisas para diagnóstico e decisões de tratamento. Os parâmetros quantitativos medidos por ressonância magnética precisam ser precisos e ter incertezas bem definidas antes que possam ser usados ​​para a tomada de decisão clínica. Isso significa que os operadores de ressonância magnética devem caracterizar seus scanners e protocolos de imagem usando padrões rastreáveis ​​- aqueles que relacionam as medições a uma referência internacional acordada.

Isso é feito usando "fantasmas" - objetos que incorporam materiais de referência padrão que servem como substitutos confiáveis ​​para tipos específicos de tecidos do corpo. Os fabricantes de fantasmas devem garantir que as propriedades de ressonância magnética dos materiais que usam sejam medidas com precisão. É aí que está o novo serviço de calibração, em Boulder do NIST, Colo., instalações, entra.

Os clientes enviam ao NIST amostras de materiais a serem usados ​​na fabricação de fantomas. Os cientistas colocam o material em tubos capilares, cada um contendo cerca de 10 microlitros (milionésimos de um litro), e coloque-os um a um no sistema NMR do NIST. Cada amostra é testada três vezes em intensidades e temperaturas de campo magnético especificadas, um processo que pode levar de seis a 40 horas por amostra. (O sistema de aquisição automatizado funciona 24 horas por dia, 7 dias por semana.) As amostras iniciais são limitadas a líquidos, mas futuras extensões do serviço incluirão géis e simuladores de tecido mais complexos. "O sistema NMR é único e foi projetado especificamente como um sistema de metrologia para calibrar biomarcadores de imagens médicas, "disse Michael Boss do NIST, quem desenvolveu o sistema, protocolos de medição e rotinas de análise.

As propriedades medidas fornecem rastreabilidade NIST para o Sistema Internacional de Unidades (SI), bem como uma análise rigorosa de várias incertezas nas medições. As medições envolvem uma cadeia ininterrupta de calibrações entre os resultados de MRI e a referência SI. Como resultado, scanners e sequências individuais podem ser ajustados para um desempenho mais preciso, e os dados obtidos a partir de imagens em diferentes scanners podem ser comparados com maior confiança.

"Quando entregamos um certificado rastreável ao NIST, damos as propriedades dos materiais e uma incerteza absoluta, "disse o cientista do programa do NIST Stephen Russek." É importante conhecer as incertezas em detalhes, porque eles se propagam através da cadeia de calibração. Temos cerca de mais ou menos 1 por cento de incerteza de medição em nosso laboratório, mas atualmente há algo como 5 por cento de incerteza de melhor caso em scanners clínicos com fantasmas, e potencialmente 20 por cento ou mais ao fazer medições baseadas em imagens em pacientes. Nosso serviço se destina a fornecer um caminho para obter incertezas melhores e menores em medições humanas. "

Em sua forma inicial, o novo serviço mede duas propriedades reveladoras fundamentais das amostras:os tempos de relaxação do "spin" do próton T1 e T2. (Spin é um efeito quântico análogo ao alinhamento dos pólos norte e sul de uma barra magnética.) Estes são os tempos que leva para a polarização do spin do próton, paralelo e perpendicular ao campo magnético, respectivamente, para se recuperar de ser perturbado por ondas de rádio em um poderoso campo magnético.

Os dois tempos de relaxamento são sensíveis às propriedades locais do tecido (por exemplo, no cérebro, T1 é mais curto em matéria branca, mais na matéria cinzenta). E eles fornecem "biomarcadores críticos, "propriedades físicas que indicam se o tecido está funcionando normalmente ou se algum tipo de patologia ou dano ao tecido está presente. Eles também são usados ​​para rastrear como uma formação específica, como um tumor, está respondendo ao tratamento medicamentoso.

Os tempos de relaxamento T1 e T2 podem variar em muitas ordens de magnitude, e o serviço NIST mede o tempo de 4 milissegundos a 3 segundos. Os tempos de relaxamento também são muito sensíveis à temperatura, portanto, as medições são realizadas em um ambiente térmico altamente controlado em intervalos especificados entre 0 ˚C a 50 ˚C.

As incertezas são calculadas usando um modelo de computador baseado na física "projetado para nos dizer quais medições esperaríamos obter com todas as incertezas incluídas, "Stephen Russek disse, "de flutuações de temperatura a alguém ligando um aspirador de pó na porta ao lado, bem como a variação antecipada do operador. "O modelo contém fatores que representam os operadores imperfeitos, bem como a variação do sistema entre os intervalos de calibração.

"Agora mesmo, não há ninguém que ofereça essa medição com rastreabilidade SI, "Russek disse." Somos a primeira e única operação a fazer isso. Alguns biomarcadores são muito ambíguos e não podem ser quantificados com rigor, a menos que você tenha esse tipo de rastreabilidade. Um exemplo de um importante, mas difícil de quantificar, biomarcador é a hiperintensidade da substância branca [regiões de alta intensidade em varreduras cerebrais de ressonância magnética], que está relacionado à degeneração dos nervos ou das bainhas de mielina que os cercam. "

Regiões semelhantes de alta intensidade em imagens de ressonância magnética estão relacionadas à doença de Alzheimer de início precoce e outros distúrbios cognitivos. Atualmente, é problemático comparar os resultados de pacientes em diferentes locais com imagens de diferentes scanners, o que limita o poder dos estudos multicêntricos. O novo serviço de medição deve melhorar essa situação.

Embora o serviço esteja atualmente limitado a medições T1 e T2, "em cerca de seis meses, esperamos expandi-lo para medir a difusão da água, e, eventualmente, muito mais propriedades, "disse a cientista do programa NIST Kathryn Keenan.

"A difusão da água no corpo pode revelar todos os tipos de informações microscópicas, de quão firmemente as células são compactadas em um tumor canceroso, à resposta desse tumor a uma droga, quando as células cancerosas morrem e se rompem. Ele pode até mapear como o cérebro está conectado, observando como a água se difunde preferencialmente ao longo de feixes de nervos, ou identificar quebras na conectividade do cérebro por mudanças no comportamento de difusão, "disse o chefe, que lidera os esforços do NIST para fornecer padrões de difusão para a comunidade de MRI.

Outras técnicas de ressonância magnética podem fornecer informações críticas sobre o fluxo sanguíneo e o conteúdo de oxigênio, bem como as propriedades elétricas e mecânicas do tecido. O valor clínico de tudo isso poderia se beneficiar da calibração rigorosa dos dispositivos e protocolos usados ​​para produzir as imagens.

"O objetivo, "Russek disse, "é obter rastreabilidade dentro do corpo humano."

Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.