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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Tomógrafo. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor A ressonância magnética (MRI), a ressonância magnética nuclear (NMRI) ou a ressonância magnética (MRI), é uma ferramenta primária de imagem médica usada em radiologia para visualizar em detalhes as estruturas internas e órgãos de uma pessoa. O tomógrafo computadorizado fornece bom contraste entre os diferentes tecidos moles do corpo, tornando-o particularmente útil em estudos do cérebro, músculos, coração e diagnóstico de câncer em comparação com outras técnicas de imagem médica, como tomografia computadorizada de raios X (TC) ou X- raio. Ao contrário de um scanner de tomografia computadorizada ou de um aparelho de raio X tradicional, um scanner de ressonância magnética não usa radiação ionizante. Em vez disso, utiliza campos magnéticos poderosos para alinhar a magnetização de alguns átomos do corpo e, em seguida, utiliza campos de radiofrequência para alterar sistematicamente a direção dessa magnetização. Isso leva ao aparecimento de um campo magnético rotativo, que é registrado pelo scanner e permite construir uma imagem da área digitalizada do corpo. A ressonância magnética utiliza tecnologia relativamente nova. As primeiras imagens de tomografia computadorizada foram publicadas em 1973, e a primeira imagem transversal de um camundongo vivo foi publicada em janeiro de 1974. Os primeiros estudos em humanos foram publicados em 1977. Para efeito de comparação, a primeira radiografia de uma pessoa foi tirada em 1895.
Dentre os métodos diagnósticos que surgiram nos últimos anos, os chamados métodos intrascópicos, tomografia computadorizada de raios X, tomografia por ressonância magnética nuclear (RMN) e espectroscopia de RMN, assim como a tomografia por emissão de pósitrons (PET) são especialmente informativos, segundo cientistas médicos. Quando uma área ou órgão suspeito é iluminado com um pulso de laser, a resposta espectral - uma espécie de assinatura óptica - do tecido canceroso difere marcadamente daquela do tecido normal. A tomografia computadorizada é o exemplo mais conhecido de imagem tridimensional hoje. Os métodos convencionais, mesmo com um tubo de raios X muito bom e filme ultrassensível, dão uma imagem difusa e muito "ruidosa", além disso, apenas bidimensional, portanto sua interpretação correta é uma ciência separada. "Os métodos de diagnóstico deram um salto sem precedentes nos últimos anos", diz o acadêmico Ternovoy, "graças à tecnologia da computação. Cerca de 20 anos atrás, foi criada uma tomografia computadorizada de raios X, e tornou-se possível estudar a estrutura do cérebro humano sem abrindo o crânio. E o equipamento atual tem tais propriedades que você pode observar diretamente, por exemplo, um coração batendo. Portanto, o diagnóstico tradicional e invasivo ("invasão" significa "penetração") está gradualmente se tornando uma coisa do passado. Por exemplo , com a ajuda de um tomógrafo de ressonância magnética, os órgãos internos são visíveis em ação mesmo sem a introdução de agentes de contraste que "delineiam" seus contornos. ... O princípio de sua ação baseia-se em dois fatos triviais: em primeiro lugar, o corpo humano consiste principalmente de água, e suas moléculas formam ligações químicas com proteínas e outras estruturas que são diferentes em diferentes tecidos; em segundo lugar, a molécula de água é um dipolo. No corpo, esses dipolos são orientados, é claro, aleatoriamente e, além disso, giram. Mas se uma pessoa é colocada brevemente em um campo magnético (bastante forte, mas não tão forte a ponto de representar um risco para a saúde), todas as moléculas de água viram "face" na direção de suas linhas de força. Em seguida, uma frequência de rádio especial é aplicada - ela fornece energia adicional aos dipolos e os desvia da orientação dada pelo campo magnético em um ângulo ou outro. Na verdade, a questão é que os ângulos são diferentes, seu tamanho depende da estrutura interna do órgão ou tecido e também - o que é especialmente importante - da presença de patologias. O pulso de rádio externo é dado apenas por um momento, mas é suficiente. Em seguida, as moléculas de água retornam à sua posição anterior, alinhando-se novamente no campo magnético. Ao mesmo tempo, eles despejam o excesso de energia - bobinas especiais a registram (mesmo que seja muito pequena!). Os dados recebidos são enviados para o computador, onde são processados..." Ao contrário dos métodos tradicionais de raios X, a tomografia é uma reconstrução volumétrica de órgãos internos com base em dados numéricos que são características das propriedades físicas dos tecidos. Em um tomógrafo de ressonância magnética, por exemplo, uma imagem tridimensional do feto pode ser obtida. O médico pode examinar os mínimos detalhes, transformar a imagem de qualquer maneira, também pode ser facilmente compactada, arquivada, transmitida por canais de comunicação para participar de teleconcilia etc. Ao examinar em um tomógrafo de raios-X, o paciente deita-se sobre a mesa de modo que a parte do corpo, cuja imagem deve ser obtida, fique dentro do orifício circular no quadro do tomógrafo. Na parte superior do quadro, geralmente há uma fonte de raios X e um colimador - um dispositivo que converte um feixe divergente de raios em um fluxo fino direcionado. Na parte inferior do quadro há uma linha de detectores de raios X, como se estivesse substituindo o filme. Se necessário, o médico pode introduzir preliminarmente um produto químico no corpo do paciente, o que melhora o contraste visual entre o órgão em estudo e os tecidos circundantes. Quando a fonte de raios X é ligada, os raios tão finos quanto um lápis brilham através do corpo e os dados registrados pelo detector são transmitidos para o computador. À medida que o quadro gira em torno do paciente, esse processo é repetido várias vezes, e a cada vez os dados dos detectores, correspondentes a um conjunto de posições diferentes, são processados pelo computador.
Graças a um algoritmo matemático baseado na transformada de Radon conhecida na geometria integral clássica, um conjunto de leituras numéricas dos detectores se transforma em uma imagem na tela. Uma tomografia de ressonância magnética nuclear (tomografia de RMN) é geralmente um tubo contendo um longo ímã cilíndrico e enrolamentos nos quais uma corrente é excitada correspondente aos sinais de RF enviados e recebidos. A rigor, a ressonância magnética é um fenômeno puramente quântico e, para sua explicação, é necessário usar conceitos padrão da mecânica quântica. A essência do fenômeno é que um forte campo magnético constante criado por um ímã cilíndrico cria rotações orientadas aleatoriamente dos núcleos de átomos de hidrogênio no corpo do paciente ao longo de uma única direção, assim como limalhas de ferro se alinham ao longo de linhas de campo invisíveis perto de um ímã. Quando um pulso de radiofrequência especialmente excitado - sondagem - passa pelo tubo da câmara do tomógrafo, o campo magnético do pulso, embora fraco, desvia ligeiramente os spins alinhados da direção dada por algum tempo, e eles começam a oscilar, à medida que digamos, para precessar, em torno da direção do campo forte de um ímã permanente, como um pião que é suavemente empurrado. Ao mesmo tempo, os núcleos dos átomos ressoam, ou seja, também emitem um sinal de rádio fraco que pode ser detectado por detectores sensíveis. Quando o pulso de RF de sondagem é desligado, os spins retornam a um estado ordenado e o sinal gerado pelos núcleos decai. No momento desse decaimento e de outras características do sinal processado pelo computador, pode-se julgar a composição química e as propriedades biológicas dos tecidos. Para cada ponto da imagem na tela, os dados dos núcleos de hidrogênio ressonantes (prótons) no órgão interno em estudo são coletados e calculados em média, e cada valor obtido recebe sua própria cor. Como resultado, regiões com diferentes densidades de prótons e, consequentemente, tecidos não homogêneos são marcados com cores diferentes. Ao contrário de um exame de raios-X, o método de RMN é absolutamente inofensivo e garante um contraste muito melhor entre os diferentes tipos de tecidos, o que facilita a distinção entre áreas saudáveis e doentes. A tomografia por RMN é especialmente usada com sucesso no diagnóstico de patologias do sistema nervoso central e do sistema musculoesquelético, bem como no reconhecimento de tumores no contexto de tecidos saudáveis. No entanto, a tomografia por RMN está ganhando novas posições. Um método promissor para diagnosticar os pulmões usando tomografia por ressonância magnética, por exemplo, foi desenvolvido na Alemanha. Foi apresentado na exposição "Expo-2000" em Hannover e foi muito apreciado por especialistas e pela imprensa. Para o diagnóstico de doenças pulmonares, os médicos alemães tiram XNUMX milhões de radiografias todos os anos. No entanto, essas imagens não apresentam contraste suficiente e os raios X são prejudiciais ao corpo. Outra coisa é a tomografia por ressonância magnética. Em muitas doenças que ocorrem com insuficiência respiratória, como asma ou enfisema, o tomógrafo de RMN fornece uma imagem insuficientemente clara - devido à leve densidade do tecido pulmonar. E tão importante para o diagnóstico de uma substância leve, como oxigênio e nitrogênio, não registra nada. Assim, os pesquisadores estão tentando melhorar a imagem pulmonar fazendo com que os pacientes inalem gases inofensivos como agente de contraste. Os gases raros polarizados são especialmente promissores. Testes mostraram que saturar o pulmão com eles permite obter uma imagem clara. A melhor magnetização dos gases inertes polarizados em comparação com o hidrogênio facilita o trabalho do tomógrafo. Assim, os médicos podem não apenas diagnosticar asma, fibrose cística e outras doenças pulmonares em um estágio inicial, mas também verificar a eficácia do tratamento. Na Alemanha, as bases do novo método foram lançadas por Ernst Wilhelm Otten e Werner Geil do Instituto de Física da Universidade de Mainz. Otten e Gail escolheram o hélio-3 como agente de contraste para seus experimentos. Na opinião deles, o xenônio não é muito adequado aqui, pois é absorvido pelo sangue e tem efeito narcótico nos pacientes. E assim, usando um scanner de ressonância magnética e hélio-3 polarizado como agente de contraste, Otten e Geil, juntamente com o radiologista de Mainz, Manfred Thelen, e especialistas do Centro Alemão de Pesquisa do Câncer em Heidelberg, finalmente obtiveram uma imagem clara do ar distribuição no pulmão. O novo método em um experimento com um sujeito de trinta anos possibilitou verificar os sinais de enfisema pulmonar já antigo. E isso apesar do fato de que, embora a pessoa fumasse, ela se sentia completamente saudável e não reclamava de seus pulmões. Outro exemplo é o uso de um scanner de RMN para diagnosticar um infarto em vez de um cateter cardíaco. O exame do coração com ECG, ultra-som e exposição à radiação de isótopos radioativos nem sempre leva a resultados satisfatórios. Nesses casos, o diagnóstico geralmente é indicado por meio de um cateter cardíaco, que é inserido no coração através dos vasos sanguíneos. Este é um fardo sério para o corpo do sujeito, e muitos pacientes preferem o novo, mais moderno e inofensivo campo magnético humano ao método tradicional: o coração é "mostrado" por um tomógrafo de ressonância magnética nuclear. Modelos anteriores de tomógrafos de RMN, devido a períodos de medição muito longos, não davam imagens suficientemente claras (o coração bate constantemente e a imagem de “longa exposição” fica borrada). Os dispositivos mais recentes, hardware e software aprimorados permitem que você tire fotos bastante nítidas do coração entre os batimentos cardíacos. "A precisão agora é claramente maior do que com métodos não invasivos anteriores", explica Eike Nagel, do German Heart Center em Berlim. "Com a técnica, o número de exames com cateter cardíaco pode ser reduzido em pelo menos 20 por cento." E de acordo com os otimistas - metade. Como um instrumento de diagnóstico abrangente, o imager de MRI retrata espacialmente o coração e as grandes artérias, mede os parâmetros de suprimento sanguíneo e reconhece o tecido morto. Um método suave de alta tecnologia é adequado tanto para prevenção quanto para tratamento de pacientes cardíacos. A tomografia por ressonância magnética salva pacientes cardíacos de estresse desnecessário. Com esse método, é possível prever se a expansão do vaso ou a operação da anastomose prometem algum sucesso. Isso foi demonstrado por cientistas da Northwestern University em Chicago em seu estudo clínico. É muito importante que a nova técnica possa proteger muitos pacientes jovens de intervenções perigosas. Os fortes campos magnéticos aos quais os sujeitos são expostos são praticamente inofensivos - pelo menos de acordo com a ciência moderna. Métodos alternativos, por exemplo, tomografia computadorizada e por emissão de pósitrons, trabalham, ao contrário, com substâncias que não são seguras para o corpo - raios-x e isótopos radioativos. Uma espécie de boom está ocorrendo na prevenção tomográfica de doenças cardiovasculares na capital de Taiwan, Taipei. Um centro de exames especial foi inaugurado recentemente, onde um exame de aproximadamente meia hora do coração e dos vasos sanguíneos com um tomógrafo de RMN custa mil dólares, enquanto óculos de vídeo e música agradável ajudam os pacientes a relaxar ... Autor: Musskiy S.A.
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