Reducing the Risk of Gradient Induced EEG Hardware Heating During Simultaneous EEG-fMRI

Imagine tentar ouvir os sussurros elétricos tênues do cérebro humano enquanto simultaneamente tira uma fotografia detalhada de seu funcionamento interno. Este é o objetivo de combinar a eletroencefalografia, ou EEG, com a ressonância magnética funcional, ou fMRI. O EEG registra a atividade elétrica do cérebro através de um capuz de sensores colocados no couro cabeludo, enquanto a fMRI utiliza magnetos poderosos para criar imagens do fluxo sanguíneo, revelando quais partes do cérebro estão ativas. Para fazer ambos ao mesmo tempo, o equipamento de EEG deve estar dentro da máquina de MRI. No entanto, o ambiente de MRI é hostil à eletrônica. A máquina gera um campo magnético massivo e constante, juntamente com campos magnéticos que alternam rapidamente e ondas de radiofrequência de alta frequência. Essas forças podem induzir correntes elétricas em qualquer metal próximo, potencialmente fazendo com que o equipamento superaqueça. Se os fios ou sensores ficarem muito quentes, eles poderiam queimar a pessoa que os está usando. Por décadas, os cientistas gerenciaram isso mantendo os amplificadores eletrônicos volumosos que processam os sinais cerebrais fora da sala de MRI, conectados aos sensores da cabeça por cabos longos. Mas esses cabos longos atuam como antenas, captando as ondas de rádio e aquecendo no ponto onde tocam a pele, criando um tipo diferente de perigo.

Para resolver o problema da antena, os fabricantes começaram a recomendar que os amplificadores fossem movidos para dentro da máquina, próximos à cabeça, usando cabos muito curtos. Isso evita que as ondas de rádio se acumulem, criando calor perigoso nos sensores. No entanto, essa solução introduziu um novo risco, menos compreendido. Dentro da máquina, os amplificadores agora estão expostos aos campos magnéticos que alternam rapidamente para criar as imagens. Os cientistas questionaram se esses interruptores magnéticos poderiam aquecer os próprios amplificadores, potencialmente danificando o equipamento ou representando um risco de segurança para o participante. Uma equipe de pesquisadores partiu para testar esse perigo específico. Eles não usaram voluntários humanos para estes testes; em vez disso, usaram modelos realistas de uma cabeça humana feitos de gel condutor e água, colocados dentro de scanners de MRI em dois diferentes níveis de força de campo: uma máquina padrão de 3-tesla e uma muito mais poderosa de 7-tesla. Eles acoplaram capuzes de EEG a esses modelos e colocaram os amplificadores em várias posições, executando diferentes tipos de exames de imagem cerebral para ver o quanto o equipamento aquecia.

Os resultados revelaram um perigo claro e significativo. Quando os amplificadores eram colocados próximos ao centro da máquina, como as diretrizes atuais sugerem, eles aqueciam rapidamente durante os exames. No local de 7-tesla, mais poderoso, os pesquisadores descobriram que o uso de uma sequência de imagem padrão fazia com que os amplificadores aquecessem mais de dois graus Celsius em apenas cinco minutos. Se essa taxa de aquecimento continuasse durante uma sessão típica de quarenta minutos, o aumento de temperatura seria extremo o suficiente para derreter a carcaça plástica do dispositivo e provavelmente destruir a eletrônica. O mesmo problema ocorreu no local de 3-tesla. Quando os amplificadores foram posicionados próximos à cabeça usando os cabos curtos recomendados, a temperatura do equipamento subiu quase três graus em um curto exame. Os pesquisadores calcularam que, em uma sessão de quarenta minutos, a temperatura poderia subir mais de sessenta graus Celsius, um nível que certamente danificaria o hardware. O estudo mostrou que este aquecimento não foi causado pelas ondas de rádio, mas especificamente pela velocidade com que os gradientes magnéticos ligavam e desligavam para criar as imagens. Quanto mais rápida a alternância, mais calor era gerado.

Os pesquisadores então testaram se mover o equipamento poderia resolver o problema. Eles descobriram que o aquecimento não era uniforme em toda a máquina; era mais forte em uma zona específica próxima ao centro. Ao esticar os cabos para mover os amplificadores para mais longe do centro da máquina, o aquecimento diminuiu significamente. Quando aumentaram a distância em quinze centímetros, o aumento de temperatura foi reduzido pela metade. Quando usaram cabos mais longos para mover os amplificadores ainda mais longe, cerca de trinta e sete centímetros, o aquecimento tornou-se quase insignificante. Nestes testes, mesmo após rodar um exame de alta resolução por vinte minutos, o equipamento aqueceu menos de dois graus, e os sensores na cabeça permaneceram frios. O estudo também mostrou que reduzir a velocidade dos interruptores magnéticos reduzia o aquecimento, embora isso exigisse a alteração das configurações de imagem.

As descobertas sugerem que a prática atual de colocar os amplificadores próximos à cabeça para evitar queimaduras de radiofrequência pode, inadvertidamente, expor o equipamento a níveis perigosos de calor provenientes dos gradientes magnéticos. Os pesquisadores enfatizam que a segurança depende de encontrar um equilíbrio. Mover os amplificadores para muito longe corre o risco do problema original de aquecimento por radiofrequência nos sensores, mas colocá-los muito perto corre o risco de derreter os próprios amplificadores. O estudo conclui que, para scanners modernos capazes de imagens muito rápidas, a abordagem mais segura é posicionar os amplificadores o mais longe possível do centro da máquina que o comprimento do cabo permitir, garantindo que estejam fora da zona de alternância magnética mais intensa. Este ajuste simples, combinado com testes cuidadosos para cada configuração específica, garante que o equipamento permaneça seguro e funcional, permitindo que os cientistas continuem explorando o cérebro humano sem o risco de queimar suas ferramentas ou seus sujeitos.