Desenvolvimento de um fantoma cerebral para ressonância magnética

O controlo da qualidade em ressonância magnética (RM) passa pela realização de diversos testes ao equipamento e calibrações diárias, onde os fantomas desempenham um papel fundamental. Este trabalho teve como objetivo principal o desenvolvimento de um fantoma cerebral para um sistema de RM de intensidade 3.0 Tesla. Com base na literatura existente, escolheram-se como reagentes o cloreto de gadolínio (III) (GdCl3), a agarose, e o gelificante carragena, tendo sido ainda acrescentado o conservante químico azida de sódio (NaN3) de forma a inibir a degradação da solução. Realizaram-se vários testes com diferentes concentrações dos materiais selecionados até obter as misturas adequadas a suscetibilidade magnética das substâncias branca e cinzenta cerebrais. Os tempos de relaxação T1 das diversas substâncias desenvolvidas foram medidos, apresentando o fantoma final uns tempos de T1 de 702±10 ms, quando a concentração de GdCl3 foi de 100 µmol (substância branca) e 1179±23 ms quando a concentração foi de 15 µmol (substância cinzenta). Os valores de T1 do fantoma foram comparados estatisticamente com os tempos de relaxação conseguidos a partir de um cérebro humano, obtendo-se uma correlação de 0.867 com significância estatística. No intuito de demonstrar a aplicabilidade do fantoma, este foi sujeito a um protocolo de RM, do qual constaram as sequências habitualmente usadas no estudo cerebral. Como principais resultados constatou-se que, nas sequências ponderadas em T1, o fantoma apresenta uma forte associação positiva (rs > 0.700 p = 0.072) com o cérebro de referência, ainda que não sejam estatisticamente significativos. As sequências ponderadas em T2 demonstraram uma correlação positiva moderada e fraca, sendo a ponderação densidade protónica a única a apresentar uma associação negativa. Desta forma, o fantoma revelou-se um ótimo substituto do cérebro humano. Este trabalho culminou na criação de um modelo cerebral tridimensional onde foram individualizadas as regiões das substâncias branca e cinzenta, de forma a posteriormente serem preenchidas pelas correspondentes substâncias desenvolvidas, obtendo-se um fantoma cerebral antropomórfico.Magnetic Resonance Imaging (MRI) quality control includes several tests performed on equipment as well as daily calibrations using phantoms, which play an essential role. The main purpose of this thesis is to develop a brain phantom for an MRI system with a 3.0 T field intensity. Taking into account the available data found in the open literature, the main reagents used in the present work were: gadolinium chloride (III) (GdCl3), agarose and carrageenan. In addition, we used sodium azide in order to avoid the biological degradation of the produced biomaterials. Several tests were performed with different concentrations of the selected materials, in order to achieve the adequate combinations, resulting on magnetic susceptibility values similar to the brain's white and grey matters. The T1 relaxations times of these substances were measured, and the final phantom has resulted in T1 values of: 702±10 ms when the GdCl3 concentration was 100 µmol (white matter) and 1179±23 ms when the concentration was 15 µmol (grey matter). The T1 values of the phantom were statistically compared with the relaxation times obtained from a human brain, and resulted in a correlation of 0.867, with statistical significance. The phantom was subjected to the usual MRI brain protocol in order to demonstrate its applicability and potential to be used on a real world MRI environment. As main results, we observed that the exhibited shows a strong positive association (rs > 0.700 p = 0.072) for T1-weighted sequences comparing with the reference brain, even though they are not statistically significant. Regarding the T2-weighted sequences, the correlation was positive but moderate, with only the occurrence of a negative association for the weighted proton density. As a result, the phantom proved to be a good substitute of the human brain. This thesis culminated in the construction of a three-dimensional cerebral model, characterized by the individualization of the white and grey matters regions, with the purpose of filling those with the developed biomaterials and, subsequently, produce a functional anthropomorphic brain phantom