Gradiente de Campo

2.1 O problema começa no nome

A palavra "gradiente" designa, em segurança de RM, duas realidades físicas completamente diferentes. Esta ambiguidade está identificada na literatura como uma fonte reconhecida de erro: profissionais que leem "gradiente" no rótulo de um implante assumem frequentemente que se trata dos gradientes de codificação espacial comutados durante a aquisição, quando na maioria dos casos o rótulo se refere ao gradiente espacial do campo estático. [1]

2.2 Gradiente espacial do campo estático

O gradiente espacial de campo descreve a rapidez com que a intensidade do campo estático muda por unidade de distância, sendo expresso em T/m ou gauss/cm. Não descreve o funcionamento da sequência: descreve a geometria do campo à volta do íman, uma propriedade permanente do equipamento. [1]

A relevância clínica é a força exercida sobre um objeto metálico. O torque máximo sobre um objeto metálico depende do quadrado do campo local, enquanto a força de translação depende do produto entre o campo local e o gradiente espacial — uma grandeza designada por produto gradiente-espacial. É por esta razão que os rótulos MR Conditional impõem frequentemente um limite ao gradiente espacial máximo através do qual o doente pode passar. [2]

Uma consequência contraintuitiva: o ponto de maior força de atração não é o isocentro do íman, mas a região onde o campo varia mais depressa, tipicamente junto à entrada do túnel. É aí que o doente com um implante ferromagnético está mais exposto, e não no centro do exame. [2]

Valores de referência

Os rótulos MR Conditional citam habitualmente valores em gauss/cm, sendo 720 G/cm (7,2 T/m) um valor frequente. Em contrapartida, os projetos de ímanes cilíndricos compactos mais recentes ultrapassam com frequência 18 T/m (1800 G/cm), e sistemas de campo vertical com B₀ igual ou superior a 1 T podem exceder 25 T/m (2500 G/cm). [9]

Existe ainda uma distinção importante na forma como o valor é reportado. Uma coisa é o gradiente espacial máximo acessível ao doente, medido no percurso pelo qual um doente com um implante efetivamente passa e usado no ensaio de ângulo de deflexão. Outra coisa é o gradiente espacial máximo indicado nas especificações do íman pelo fabricante do equipamento, que reporta a região de maior variação independentemente de ser ou não acessível. Os valores dos fabricantes de equipamento são inerentemente mais elevados do que os usados na rotulagem dos dispositivos. [1]

2.3 Gradientes comutados: amplitude e slew rate

As bobinas de gradiente geram os campos usados para a codificação espacial do sinal, aplicados em três direções ortogonais e ligados e desligados repetidamente ao longo da aquisição. O desempenho do sistema de gradientes é caracterizado por duas propriedades: a amplitude máxima do campo de gradiente e o slew rate, isto é, a velocidade com que essa amplitude é atingida. O tempo necessário para a atingir designa-se por rise time. [10]

A intensidade dos campos gerados pelos gradientes é inferior a 3% do campo estático principal, pelo que os seus efeitos estáticos são irrelevantes. O que constitui uma questão de segurança é a taxa de variação temporal desses campos, o dB/dt. [3]

Valores típicos de equipamento clínico

Um gradiente que sobe de zero até uma amplitude de 30 mT/m em 0,5 ms tem um slew rate de 60 T/m/s. Os tempos de subida situam-se tipicamente entre 0,1 e 0,3 ms. O slew rate condiciona o TR e o TE mínimos atingíveis e o espaçamento entre ecos em sequências rápidas, o que explica porque é um parâmetro comercialmente valorizado. [4]

Um ponto relevante para a avaliação de risco: os valores máximos do sistema raramente são atingidos na prática clínica. Num estudo de registo de sequências neurológicas de rotina num equipamento de 3 T com máximo de sistema de 80 mT/m e 200 T/m/s, a amplitude de pico observada foi de aproximadamente 64 mT/m e o slew rate de pico aproximadamente 184 T/m/s, ambos abaixo do máximo do equipamento. [4]

Estimulação nervosa periférica e limites normativos

O risco dominante associado à comutação rápida dos gradientes é a estimulação nervosa periférica, percecionada pelo doente como formigueiro ou contração muscular breve. A norma IEC estabelece os limites de exposição, adotados também pela FDA. Um dos métodos previstos usa uma equação de limiar com uma reobase de 20 T/s, sendo os limites de saída do gradiente definidos como 80% desse limiar no modo de funcionamento normal e 100% no modo controlado de primeiro nível. [5]

Em alternativa, o limiar pode ser determinado experimentalmente em voluntários: usando diferentes durações de impulso e diferentes eixos, estabelecem-se os limiares de perceção em pelo menos onze voluntários, e os limites de saída correspondem a 80% e 100% do menor limiar registado. Na prática, a resposta de estimulação das bobinas comerciais é medida em coortes de voluntários, por ser mais rigorosa e específica do sistema do que a fórmula genérica. [5] [6]

A estimulação do músculo cardíaco exige níveis de estimulação pelo menos 10 a 100 vezes superiores aos da estimulação nervosa periférica. Por esse motivo, um indivíduo exposto a níveis muito elevados de dB/dt experimentaria quase seguramente estimulação periférica de aviso antes de atingir níveis com risco cardíaco. [5]

Efeitos sobre o dispositivo implantado

Nos dispositivos ativos — pacemakers, cardioversores-desfibrilhadores, estimuladores cerebrais profundos, bombas de insulina — a exposição aos gradientes comutados pode induzir correntes e alterar o funcionamento do dispositivo. É por isso que os fabricantes especificam um valor limite de dB/dt ou de slew rate para o exame, e que os sistemas modernos dispõem de modos dedicados que restringem automaticamente o equipamento aos valores prescritos pelo fabricante do implante. [10]

Nos implantes passivos condutores, a comutação dos gradientes induz correntes de Foucault que produzem aquecimento por perdas óhmicas, um mecanismo distinto do aquecimento por RF. A limitação do slew rate máximo destina-se precisamente a reduzir o aquecimento induzido pelas bobinas de gradiente, enquanto a limitação do SAR e do B1+rms se destina a limitar o aquecimento por radiofrequência. [16] [22]

2.4 Como aparece num rótulo real

Um rótulo típico de dispositivo MR Conditional combina os vários parâmetros num único bloco de condições. Um exemplo ilustrativo do formato: campo estático de 1,5 T apenas; gradiente espacial máximo de 300 G/cm (3 T/m); slew rate máximo comutado por eixo de 200 mT/m/ms; amplitude máxima comutada por eixo de 45 mT/m; e SAR médio de corpo inteiro reportado pelo sistema não superior a 2,0 W/kg em modo de funcionamento normal. [24]

Num exemplo real de sistema de desfibrilhação MR Conditional, as condições declaradas incluem exclusivamente 1,5 T, gradiente espacial máximo de 20 T/m (2000 G/cm), slew rate máximo especificado inferior ou igual a 200 T/m/s por eixo, SAR de corpo inteiro inferior ou igual a 2,0 W/kg e SAR da cabeça inferior ou igual a 3,2 W/kg, apenas em equipamentos horizontais de túnel fechado, com o doente em decúbito dorsal ou ventral e sob monitorização eletrocardiográfica contínua durante todo o exame. [25]