BRAIN MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY: ADVANCES AND PERSPECTIVES
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/cs10202506101934
Michel Mendes Cardoso da Costa1
Resumo
A Espectroscopia por Ressonância Magnética (ERM ou MRS) é uma técnica de neuroimagem não invasiva que permite a análise bioquímica e metabólica do cérebro in vivo, complementando a informação anatômica da RM convencional. Esta revisão bibliográfica analisa os avanços recentes (2022-2025) e as perspectivas futuras da MRS cerebral, com base em 20 artigos de alto impacto (Qualis A ou equivalente). Abordam-se os progressos em técnicas de aquisição (ex: MRS funcional relacionada a eventos – fMRS, campo ultra-alto – UHF, 31P-MRS) e análise (incluindo inteligência artificial), bem como a expansão das aplicações clínicas em neuro-oncologia (diferenciação tumor/necrose), transtornos psiquiátricos (esquizofrenia), doenças neurodegenerativas (Alzheimer), e desenvolvimento cerebral pediátrico. Discutem-se também os desafios remanescentes, como a necessidade de padronização e validação clínica, e o potencial da integração multimodal e da IA para consolidar a MRS como ferramenta essencial na medicina de precisão neurológica.
Palavras-chave: Espectroscopia por Ressonância Magnética; Cérebro; Neuroimagem; Metabolismo Cerebral; Biomarcadores; Avanços Tecnológicos.
Abstract
Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) is a non-invasive neuroimaging technique that allows for the biochemical and metabolic analysis of the brain in vivo, complementing the anatomical information from conventional MRI. This literature review analyzes recent advances (2022-2025) and future perspectives of brain MRS, based on 20 high-impact articles (Qualis A or equivalent). Progress in acquisition techniques (e.g., event-related functional MRS – fMRS, ultra-high field – UHF, 31P-MRS) and analysis (including artificial intelligence) are addressed, as well as the expansion of clinical applications in neuro-oncology (tumor/necrosis differentiation), psychiatric disorders (schizophrenia), neurodegenerative diseases (Alzheimer’s), and pediatric brain development. Remaining challenges, such as the need for standardization and clinical validation, and the potential of multimodal integration and AI to consolidate MRS as an essential tool in neurological precision medicine, are also discussed.
Keywords: Magnetic Resonance Spectroscopy; Brain; Neuroimaging; Brain Metabolism; Biomarkers; Technological Advances.
Introdução
A Espectroscopia por Ressonância Magnética (ERM ou MRS, do inglês Magnetic Resonance Spectroscopy) consolidou-se como uma ferramenta não invasiva singular na neurociência e na prática clínica, oferecendo uma janela única para a bioquímica e o metabolismo do cérebro in vivo. Diferentemente da Ressonância Magnética (RM) convencional, que primariamente fornece informações anatômicas e estruturais, a MRS permite a detecção e quantificação de diversos metabólitos cerebrais, como N-acetilaspartato (NAA), colina (Cho), creatina (Cr), mio-inositol (mI), glutamato e glutamina (Glx), lactato (Lac) e ácido gama-aminobutírico (GABA). Esses metabólitos atuam como biomarcadores de integridade neuronal, metabolismo energético, turnover de membrana celular, osmorregulação e neurotransmissão, fornecendo insights fisiopatológicos cruciais em uma vasta gama de condições neurológicas e psiquiátricas (KARA; KANTARCI, 2024; CECIL; SALINAS, 2025).
Nas últimas décadas, a MRS transcendeu seu papel inicial como ferramenta de pesquisa, encontrando aplicações clínicas cada vez mais relevantes. Sua capacidade de diferenciar perfis metabólicos anormais tem sido explorada no diagnóstico diferencial de tumores cerebrais, na distinção entre recorrência tumoral e necrose pós-radiação (ALMUSAEDI et al., 2023), na investigação de doenças neurodegenerativas como Alzheimer (JETT et al., 2023) e Parkinson, no estudo de transtornos psiquiátricos como esquizofrenia (STEIN et al., 2023; MURRAY et al., 2024) e depressão, na avaliação de lesões cerebrais traumáticas, doenças infecciosas e metabólicas, e no monitoramento do desenvolvimento cerebral fetal e neonatal (HUI et al., 2025).
Contudo, a complexidade da aquisição e do pós-processamento dos dados de MRS, juntamente com desafios inerentes à baixa concentração de alguns metabólitos e à necessidade de correção para diversos fatores de confusão, historicamente limitaram sua ampla adoção clínica. Recentemente, uma confluência de avanços tecnológicos e metodológicos tem revitalizado o campo, prometendo superar muitas dessas limitações e expandir o horizonte de aplicações da MRS. O desenvolvimento de sequências de pulso mais robustas e rápidas, a disponibilidade de equipamentos de RM de campo ultra-alto (UHF), a emergência da MRS funcional (fMRS) capaz de detectar mudanças metabólicas dinâmicas relacionadas a eventos (KOOLSCHIJN et al., 2023), a exploração de núcleos além do próton (como o Fósforo-31, 31P-MRS) (JETT et al., 2023), e a aplicação crescente de técnicas de inteligência artificial (IA) e deep learning (DL) para otimização da aquisição, processamento e quantificação espectral (AGGARWAL et al., 2023) representam marcos significativos.
Diante desse cenário dinâmico, esta revisão bibliográfica tem como objetivo analisar criticamente a literatura científica recente (últimos três anos, 2022-2025), com foco em artigos de alto impacto (Qualis A ou equivalente), para delinear os avanços mais significativos na espectroscopia cerebral por ressonância magnética e discutir suas perspectivas futuras. Serão abordados os progressos em técnicas de aquisição e análise, as novas fronteiras em aplicações clínicas (incluindo oncologia, psiquiatria, neurodegeneração e pediatria), a integração com outras modalidades de neuroimagem e o potencial translacional da MRS como ferramenta para biomarcadores e medicina de precisão no contexto neurológico. A análise busca fornecer uma visão atualizada e abrangente do estado da arte, destacando tanto as conquistas quanto os desafios remanescentes para a plena realização do potencial da MRS cerebral.
Desenvolvimento
A Espectroscopia por Ressonância Magnética (MRS) tem testemunhado avanços notáveis nos últimos anos, impulsionados tanto por melhorias no hardware e software quanto por abordagens metodológicas inovadoras. Esses progressos têm refinado a capacidade da técnica de sondar a neuroquímica in vivo com maior precisão, resolução e escopo, abrindo novas fronteiras para a pesquisa e aplicação clínica.
Avanços Técnicos e Metodológicos
Um dos desenvolvimentos mais impactantes é a evolução das sequências de pulso e das estratégias de aquisição. A busca por maior sensibilidade, melhor resolução espectral e aquisição mais rápida tem levado à otimização de sequências clássicas como PRESS (Point Resolved Spectroscopy) e STEAM (Stimulated Echo Acquisition Mode), bem como ao desenvolvimento de técnicas mais avançadas. A espectroscopia funcional relacionada a eventos (event-related fMRS) representa um salto qualitativo, permitindo a medição de mudanças dinâmicas em neuroquímicos, como o GABA, em escalas de tempo de segundos, relevantes para processos cognitivos (KOOLSCHIJN et al., 2023). Isso contrasta com a MRS tradicional, que promedia sinais ao longo de minutos, obscurecendo flutuações rápidas. Koolschijn et al. (2023) fornecem um guia detalhado para o desenho experimental e análise de dados de fMRS, destacando seu potencial para investigar a base neuroquímica da computação neural.
A exploração de campos magnéticos mais altos, especificamente a RM de campo ultra-alto (UHF-MRI, ≥7 Tesla), também promete revolucionar a MRS. O aumento da intensidade do campo magnético resulta em maior separação entre os picos espectrais (resolução espectral) e maior relação sinal-ruído (SNR), possibilitando a detecção e quantificação mais confiável de metabólitos de baixa concentração ou com sinais sobrepostos (WIJTENBURG et al., 2025; SASSANI et al., 2024). Embora desafios técnicos como inomogeneidade do campo B0 e B1 e deposição de energia (SAR) persistam, os benefícios potenciais para a MRS, incluindo a capacidade de estudar núcleos como 31P com maior eficiência (JETT et al., 2023), são substanciais.
A espectroscopia de outros núcleos além do próton (1H), como o Fósforo-31 (31P MRS), oferece informações complementares cruciais. A 31P-MRS permite a avaliação direta da bioenergética mitocondrial (medindo ATP, PCr, Pi) e do metabolismo de fosfolipídios de membrana (PME, PDE), aspectos não acessíveis pela 1H-MRS. Jett et al. (2023) revisaram sistematicamente estudos de 31P-MRS no envelhecimento e na Doença de Alzheimer (DA), destacando seu potencial para identificar disfunções bioenergéticas precoces como biomarcadores da doença.
Além disso, avanços no pós-processamento e quantificação espectral são fundamentais. A padronização de protocolos e o desenvolvimento de softwares de análise mais robustos e automatizados são essenciais para garantir a reprodutibilidade e a comparabilidade entre estudos (MURRAY et al., 2024). A aplicação de inteligência artificial (IA) e deep learning (DL) emerge como uma ferramenta poderosa neste contexto, com potencial para melhorar a qualidade espectral, acelerar a quantificação e até mesmo auxiliar na interpretação dos resultados (AGGARWAL et al., 2023). No entanto, a necessidade de modelos explicáveis (XAI) e validação rigorosa é crucial para sua translação segura para a clínica.
Aplicações Clínicas: Expandindo Fronteiras
Os avanços técnicos têm impulsionado a aplicação da MRS em diversas áreas clínicas, fornecendo biomarcadores não invasivos para diagnóstico, prognóstico e monitoramento terapêutico.
Neuro-oncologia: A MRS desempenha um papel crucial na caracterização de tumores cerebrais. A capacidade de diferenciar entre tumores de alto e baixo grau, identificar tipos histológicos específicos com base em perfis metabólicos (ex: aumento de Cho, redução de NAA, presença de lactato ou lipídios) e, fundamentalmente, distinguir a recorrência tumoral da necrose pós-radiação (radionecrose) são aplicações bem estabelecidas (ALMUSAEDI et al., 2023; IACOBAN et al., 2024). A meta-análise de Almusaedi et al. (2023) confirmou que as razões Cho/NAA, Cho/Cr e NAA/Cr são preditores eficazes para diferenciar recorrência de necrose, auxiliando na tomada de decisões clínicas. Em pediatria, a MRS, juntamente com outras técnicas avançadas de RM, é fundamental para a avaliação não invasiva de tumores cerebrais, complementando a RM convencional (IACOBAN et al., 2024). A integração com PET usando traçadores de aminoácidos e abordagens de radiômica/radiogenômica promete uma caracterização tumoral ainda mais precisa (IACOBAN et al., 2024; MHANNA et al., 2025).
Transtornos Psiquiátricos: A MRS tem sido amplamente utilizada para investigar as bases neuroquímicas de transtornos como a esquizofrenia. Estudos recentes focaram no metabolismo energético e no estresse oxidativo. Stein et al. (2023) revisaram estudos de MRS (1H e 31P) que apontam para uma disfunção bioenergética progressiva na esquizofrenia, com evidências de redução na atividade da creatina quinase e na razão redox (NAD+/NADH), sugerindo uma mudança para a glicólise e disfunção mitocondrial. A investigação do sistema antioxidante, particularmente a glutationa (GSH), também é uma área ativa. Murray et al. (2024), em uma meta-análise, encontraram uma redução significativa de GSH medida por MRS em pacientes com esquizofrenia estável, embora não no grupo geral de psicose, destacando a importância do estágio da doença e a necessidade de padronização metodológica. As perspectivas do NIMH apontam a fMRS e a MRS em UHF como direções futuras promissoras para a neuroimagem em saúde mental (WIJTENBURG et al., 2025).
Doenças Neurodegenerativas e Envelhecimento: A MRS oferece insights sobre a perda neuronal (via NAA), inflamação/gliose (via mI) e disfunção metabólica em doenças como Alzheimer (DA). A revisão de Jett et al. (2023) sobre 31P-MRS enfatiza o potencial desta técnica para detectar alterações precoces na bioenergética mitocondrial (OXPHOS) e no metabolismo de membranas no envelhecimento e na DA, complementando as informações obtidas com 1H-MRS e FDG-PET. A capacidade de identificar esses marcadores in vivo é crucial para a detecção precoce e o desenvolvimento de terapias.
Desenvolvimento Cerebral e Pediatria: A MRS é uma ferramenta valiosa para monitorar o desenvolvimento bioquímico normal do cérebro fetal e neonatal e para avaliar o impacto de condições de alto risco. Hui et al. (2025) revisaram extensivamente o papel da 1H-MRS nesta área, destacando sua aplicação no estudo da maturação cerebral normal (mudanças em NAA, Cho, Cr) e na avaliação de condições como encefalopatia hipóxico-isquêmica (HIE), prematuridade extrema e cardiopatias congênitas. A MRS fetal in utero também representa uma fronteira em expansão. Estudos como o de Zasada et al. (2024) utilizam MRS para investigar alterações metabólicas em modelos animais de condições perinatais, como a exposição à hipóxia-isquemia, buscando entender mecanismos e testar intervenções.
Outras Aplicações: A versatilidade da MRS permite sua aplicação em uma miríade de outras condições neurológicas, incluindo doenças desmielinizantes (como esclerose múltipla, onde alterações em NAA e Cho são observadas), epilepsia (investigando foco epileptogênico e alterações metabólicas interictais), doenças infecciosas (identificando marcadores específicos de patógenos ou inflamação) e erros inatos do metabolismo.
Perspectivas Futuras e Desafios
Apesar dos avanços significativos, a espectroscopia cerebral por RM ainda enfrenta desafios e oferece vastas oportunidades para desenvolvimento futuro. A plena realização de seu potencial clínico depende da superação de obstáculos técnicos e da validação contínua de suas aplicações.
Uma das perspectivas mais promissoras reside na integração multimodal. A combinação da informação metabólica da MRS com dados de outras modalidades de neuroimagem, como RM funcional (fMRI) para atividade hemodinâmica, RM de difusão (DWI/DTI) para microestrutura, Arterial Spin Labeling (ASL) para perfusão, e PET para receptores ou metabolismo específico (ex: FDG, traçadores de aminoácidos), pode fornecer uma compreensão muito mais holística da função e disfunção cerebral (WIJTENBURG et al., 2025; IACOBAN et al., 2024). Abordagens como PET-MRI simultâneo e EEG-fMRI/MRS representam fronteiras excitantes nesta área.
A padronização de protocolos de aquisição, processamento e quantificação continua sendo um desafio crucial para a comparabilidade entre centros e a validação de biomarcadores (MURRAY et al., 2024; SASSANI et al., 2024). Iniciativas colaborativas e o desenvolvimento de diretrizes consensuais são essenciais para aumentar a robustez e a confiabilidade da MRS, especialmente para aplicações clínicas em larga escala. A MRS Consensus Group (MRSC) tem trabalhado nesse sentido, publicando recomendações para aquisição e análise.
O avanço contínuo da tecnologia de RM, incluindo hardware (gradientes mais fortes, bobinas otimizadas) e software (sequências de pulso mais eficientes, técnicas de correção de movimento), continuará a impulsionar a MRS. A disseminação da tecnologia de campo ultra-alto (UHF), apesar de seus próprios desafios, tem o potencial de melhorar drasticamente a sensibilidade e a resolução espectral, permitindo a detecção de novos biomarcadores ou a medição mais precisa dos já existentes (WIJTENBURG et al., 2025; SASSANI et al., 2024).
A Inteligência Artificial (IA) e o Deep Learning (DL) estão preparados para transformar o campo da MRS (AGGARWAL et al., 2023). Aplicações incluem a melhoria da qualidade espectral (denoising, remoção de artefatos), aceleração da aquisição (permitindo MRSI de alta resolução ou fMRS mais rápidas), automação da quantificação (substituindo ou complementando métodos como LCModel) e até mesmo auxílio na interpretação diagnóstica e prognóstica baseada nos perfis metabólicos. A validação rigorosa e a garantia de explicabilidade (XAI) são, no entanto, pré-requisitos indispensáveis para a adoção clínica segura.
A Espectroscopia Funcional (fMRS) relacionada a eventos ainda está em seus estágios iniciais, mas seu potencial para mapear a dinâmica neuroquímica durante processos cognitivos é imenso (KOOLSCHIJN et al., 2023; WIJTENBURG et al., 2025). A superação dos desafios relacionados à baixa SNR e à necessidade de paradigmas experimentais robustos permitirá investigar questões fundamentais sobre neurotransmissão, plasticidade e metabolismo energético em tempo real.
Finalmente, a tradução clínica efetiva da MRS requer não apenas robustez técnica, mas também a demonstração clara de seu valor agregado em relação às ferramentas diagnósticas existentes e seu impacto nas decisões terapêuticas e nos desfechos dos pacientes. Estudos longitudinais prospectivos e ensaios clínicos que incorporem a MRS como endpoint ou biomarcador são necessários para validar seu papel em diferentes cenários clínicos, desde a oncologia até as doenças neurodegenerativas e psiquiátricas.
Conclusão
A Espectroscopia por Ressonância Magnética cerebral percorreu um longo caminho desde suas origens como técnica de pesquisa, estabelecendo-se como uma ferramenta poderosa e versátil para a investigação não invasiva da neuroquímica in vivo. Os avanços recentes em hardware, sequências de pulso, métodos de análise e a integração com inteligência artificial têm superado muitas das limitações históricas, expandindo significativamente seu alcance e precisão.
A capacidade da MRS de fornecer biomarcadores metabólicos únicos tem demonstrado valor clínico em diversas áreas, incluindo a caracterização de tumores cerebrais, o diagnóstico diferencial de lesões, a investigação de doenças neurodegenerativas e psiquiátricas, e o monitoramento do desenvolvimento cerebral. Técnicas emergentes como a fMRS e a MRS em campo ultra-alto, juntamente com a exploração de outros núcleos como o 31P, prometem aprofundar ainda mais nossa compreensão dos processos fisiopatológicos subjacentes a uma vasta gama de condições neurológicas.
No entanto, desafios relacionados à padronização, validação clínica em larga escala e integração efetiva nos fluxos de trabalho radiológicos ainda precisam ser abordados para que a MRS atinja seu pleno potencial translacional. A colaboração entre pesquisadores, clínicos e indústria, focada na robustez metodológica e na demonstração do valor clínico, será fundamental para o futuro da espectroscopia cerebral.
Em suma, a MRS cerebral continua a ser um campo vibrante de inovação. As perspectivas futuras apontam para uma técnica cada vez mais precisa, rápida e integrada, capaz de fornecer informações bioquímicas cruciais para a medicina de precisão no diagnóstico e tratamento das doenças do cérebro, consolidando seu papel indispensável na caixa de ferramentas da neuroimagem moderna.
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1Biomédico, especialista em diagnóstico por imagem pela Faculdade Israelita Albert Einstein. Email: michel.costa@einstein.br