Pesquisador cria protótipo de magnetômetro óptico que detecta erros em exames de ressonância magnética
O sensor de ressonância magnética ou magnetômetro usa luz laser e gás para medir campos magnéticos. Foto:Universidade de Copenhague. Crédito:Foto:Kristian Bjorn-Hansen, Universidade de Copenhague O Hospital Hvidovre possui o primeiro protótipo do mundo de um sensor capaz de detectar erros em exames de ressonância magnética usando luz laser e gás. O novo sensor, desenvolvido por um jovem investigador da Universidade de Copenhaga e do Hospital Hvidovre, pode assim fazer o que é impossível para os sensores eléctricos actuais – e, esperançosamente, abrir caminho para exames de ressonância magnética que sejam melhores, mais baratos e mais rápidos.
O estudo foi publicado na revista PRX Quantum .
Os scanners de ressonância magnética são usados por médicos e profissionais de saúde todos os dias para obter uma visão única do corpo humano. Em particular, são utilizados para estudar o cérebro, órgãos vitais e outros tecidos moles através de imagens 3D de qualidade excepcional em comparação com outros tipos de imagens médicas.
Embora isto torne esta ferramenta avançada inestimável e quase indispensável para os profissionais de saúde, ainda há espaço para melhorias.
Os fortes campos magnéticos dentro dos scanners de ressonância magnética apresentam flutuações que criam erros e perturbações nas varreduras. Consequentemente, estas máquinas caras (centenas de euros por hora) devem ser calibradas regularmente para reduzir erros.
Existem também métodos especiais de digitalização, que infelizmente não podem ser realizados na prática hoje. Entre elas, as chamadas sequências espirais que podem reduzir o tempo de exame, por exemplo, no diagnóstico de coágulos sanguíneos, esclerose e tumores.
As sequências espirais também seriam uma ferramenta atraente na pesquisa de ressonância magnética, onde, entre outras coisas, poderiam fornecer aos pesquisadores e profissionais de saúde novos conhecimentos sobre doenças cerebrais. Mas devido ao campo magnético altamente instável, realizar esses tipos de varreduras não é atualmente uma opção.
Em teoria, o problema pode ser resolvido com um sensor que lê e mapeia mudanças no campo magnético. Depois disso, é relativamente simples corrigir os erros nas imagens com um computador. Na prática, isso tem sido difícil com a tecnologia atual, pois sensores adequados interferem no campo magnético porque são elétricos e conectados a cabos metálicos.
Uma nova invenção espera tornar este problema uma coisa do passado. Para combater o problema, um pesquisador do Instituto Niels Bohr e do Centro Dinamarquês de Pesquisa em Ressonância Magnética (DRCMR) desenvolveu um sensor que utiliza luz laser em cabos de fibra e um pequeno recipiente de vidro cheio de gás. O protótipo está pronto e funciona.
“Primeiro demonstramos que isso era teoricamente possível, e agora provamos que isso pode ser feito na prática. Na verdade, agora temos um protótipo que pode basicamente fazer as medições necessárias sem perturbar o scanner de ressonância magnética.
“Ele precisa ser mais desenvolvido e ajustado, mas tem potencial para tornar os exames de ressonância magnética mais baratos, melhores e mais rápidos – embora não necessariamente todos os três ao mesmo tempo”, diz Hans Stærkind, pós-doutorado no Instituto Niels Bohr e DRCMR em Hvidovre Hospital. Stærkind é o principal arquiteto por trás do sensor e do dispositivo que o acompanha.
"Um scanner de ressonância magnética já pode produzir imagens incríveis se demorarmos. Mas com a ajuda do meu sensor, é possível usar a mesma quantidade de tempo para produzir imagens ainda melhores - ou gastar menos tempo e ainda obter a mesma qualidade que hoje, um terceiro cenário poderia ser construir um scanner mais barato que, apesar de alguns erros, ainda pudesse fornecer uma qualidade de imagem decente com a ajuda do meu sensor”, diz o pesquisador.
Como funciona o protótipo
Os scanners de ressonância magnética usam ímãs poderosos para produzir um forte campo magnético que força os prótons da água, carboidratos e proteínas do corpo a se alinharem com o campo magnético. Quando as ondas de rádio são pulsadas através de um paciente, os prótons são estimulados e saem temporariamente desse equilíbrio.
O protótipo está operacional no Hospital Hvidovre, onde será aperfeiçoado após a coleta de dados dos testes. Foto:Universidade de Copenhague. Crédito:Foto:Universidade de Copenhague
Quando posteriormente retornam ao alinhamento com o campo magnético, liberam ondas de rádio que podem ser usadas para formar imagens 3D em tempo real de tudo o que está sendo escaneado.
O protótipo de Hans Stærkind funciona usando um dispositivo para enviar e receber luz laser que se parece com um sistema estéreo dos anos 90. Ele envia luz laser através de cabos de fibra óptica – ou seja, sem nenhum metal – e para quatro sensores localizados no scanner.
Dentro dos sensores, a luz passa através de um pequeno recipiente de vidro contendo gás césio, que absorve a luz nas frequências corretas.
"Quando o laser tem a frequência certa ao passar pelo gás, há uma ressonância entre as ondas de luz e os elétrons nos átomos de césio. Mas a frequência - ou comprimento de onda - na qual isso acontece muda quando o gás é exposto a um campo magnético.
“Dessa forma, podemos medir a força do campo magnético descobrindo qual é a frequência certa. Isso acontece de forma totalmente automática e rápida pelo dispositivo receptor”, explica o pesquisador.
À medida que ocorrem perturbações no campo magnético ultrapoderoso de um scanner de ressonância magnética, o protótipo de Stærkind mapeia onde elas estão ocorrendo no campo magnético e com que intensidade o campo mudou. Num futuro próximo, isto poderá significar que as imagens perturbadas e defeituosas poderão ser corrigidas – com base nos dados recolhidos pelos sensores e, subsequentemente, tornadas precisas e totalmente utilizáveis.
Inovação com perspectivas comerciais – quando os dados estão disponíveis
O protótipo está atualmente alojado no DRCMR, no Hospital Hvidovre, em Copenhaga, onde também a ideia foi concebida.
“A ideia original veio do meu supervisor aqui na DRCMR, Esben Petersen, que infelizmente não está mais entre nós. Ele viu um enorme potencial no desenvolvimento de um sensor baseado em lasers e gás que seria capaz de medir os campos magnéticos sem perturbá-los”, diz Stærkind.
Com a ajuda de físicos quânticos do Instituto Niels Bohr, incluindo o professor Eugene Polzik, Stærkind desenvolveu a ideia numa teoria real. E com o protótipo, ele colocou essa teoria em prática.
"O protótipo foi concebido de tal forma que já é adequado em contextos hospitalares como um instrumento robusto e funcional. E até agora, os nossos testes mostraram que funciona como deveria. Pode-se imaginar que esta invenção acabará por ser integrado diretamente em novos scanners de ressonância magnética", diz Stærkind.
Por enquanto, o protótipo será ainda mais desenvolvido para que suas medições se tornem ainda mais precisas.
"Precisamos coletar dados e ajustá-los para que se tornem continuamente uma ferramenta cada vez melhor para encontrar erros em exames. Depois disso, passaremos ao emocionante trabalho de correção de erros em imagens de ressonância magnética e descobriremos em quais situações e quais tipos de varreduras nosso sensor podem fazer uma diferença significativa”, afirma o pesquisador.
De acordo com Stærkind, o grupo-alvo imediato do seu sensor são as unidades de pesquisa de ressonância magnética. Mas ele também espera que um dos grandes fabricantes de ressonância magnética descubra a nova tecnologia, num prazo um pouco mais longo.
"Assim que o protótipo tiver sido refinado em uma versão 2.0 e suas qualidades documentadas com muitos dados de exames reais aqui no hospital, veremos onde isso vai dar. Certamente tem o potencial de melhorar os exames de ressonância magnética de uma forma única que pode beneficiar médicos e, não menos importante, pacientes", afirma a pesquisadora.
