Anatomia & Fisiologia

Microscopia é o campo técnico do uso de microscópios (instrumento de ampliação) para visualizar objetos e áreas de objetos que não podem ser vistos a olho nu (objetos que não estão dentro da faixa de resolução do olho normal).17 Microscópio é um dispositivo que usa uma lente ou sistema de lentes para produzir uma imagem muito ampliada de um objeto. O microscópio moderno agora usa softwares como ImageJ, CellProfiler, NeuronStodio para adquirir e analisar imagens.1

Existem dois ramos do microscópio.1,18

1. Microscópio simples, microscópio composto, microscópio de dissecação (microscópio estéreo), microscópio de comparação, microscópio invertido, microscópio cirúrgico e microscópio digital.
2. Microscópio electrónico (microscópio electrónico de transmissão e varrimento)

Microscópio luminoso

Microscópio óptico, é um tipo de microscópio que utiliza luz visível e um sistema de lentes para ampliar imagens de pequenas amostras.17 Os microscópios ópticos são o desenho mais antigo do microscópio e foram possivelmente inventados na sua forma actual composta no século XVII. Os microscópios ópticos básicos podem ser muito simples, embora existam muitos desenhos complexos que visam melhorar a resolução e o contraste da amostra, tais como compostos, dissecação e microscópio cirúrgico.19 Os microscópios modernos permitem mais do que apenas a observação da imagem de luz transmitida de uma amostra; existem muitas técnicas que podem ser usadas para extrair outros tipos de dados. A maioria delas requer equipamento adicional, além de um microscópio composto básico.17 A microscopia óptica é amplamente utilizada em histologia, histopatologia, microeletrônica, nanofísica, biotecnologia, pesquisa farmacêutica, mineralogia e microbiologia.20

Microscópio simples: Um microscópio simples usa uma lente ou um conjunto de lentes para ampliar um objeto apenas através de ampliação angular, dando ao espectador uma imagem virtual erecta ampliada.21 O uso de uma única lente convexa ou grupos de lentes ainda são encontrados em dispositivos simples de ampliação como a lupa, lupas e oculares para telescópios e microscópios.22

Microscópio composto: Um microscópio composto usa uma lente (lente objetiva) próxima ao objeto que está sendo visto para coletar luz que focaliza uma imagem real do objeto dentro do microscópio. Essa imagem é então ampliada por uma segunda lente ou grupo de lentes (chamada de ocular) que dá ao espectador uma imagem virtual invertida aumentada do objeto.18 O uso de uma combinação objetiva composta/objectiva permite uma ampliação muito maior (até 1000-2000 vezes) (Figura 7). Um microscópio composto também permite configurações de iluminação mais avançadas, como contraste de fase.21,22

Microscópio estéreo: Um microscópio estereoscópico é um microscópio de baixa potência que proporciona uma visão estereoscópica de uma amostra (até vezes 100 de ampliação), normalmente utilizado para dissecação (Figura 8).18

Microscópio invertido: para estudar amostras de baixo; útil para culturas celulares em líquido, ou para metalografia (Figura 9).18

Microscópio de comparação: É um dispositivo usado para analisar amostras lado a lado. Consiste em dois microscópios ligados por uma ponte óptica, o que resulta numa janela de visão dividida que permite a visualização simultânea de dois objectos separados. Possui dois caminhos de luz separados permitindo a comparação directa de duas amostras através de uma imagem em cada olho (Figura 10). Isto evita que o observador tenha que confiar na memória ao comparar dois objetos sob um microscópio convencional.27

Microscópio digital: É uma variação de um microscópio óptico tradicional que usa ótica e uma câmera digital para emitir uma imagem para um monitor, às vezes por meio de um software executado em um computador.20 Um microscópio digital muitas vezes tem sua própria fonte de luz LED embutida, e difere de um microscópio óptico na medida em que não há provisão para observar a amostra diretamente através de uma ocular. Como a imagem está focalizada no circuito digital, todo o sistema foi projetado para a imagem do monitor (Figura 11). As oculares para o olho humano são omitidas.20

Microscópio cirúrgico: São usados para aumentar a ampliação do cirurgião (até 4-40 vezes) durante os procedimentos cirúrgicos.29 Foram originalmente usados para cirurgia de orelha, nariz e garganta. Entretanto, ainda estão estabelecendo novos padrões em cirurgia geral, oftalmologia, cirurgia ortopédica, cirurgia ginecológica, otorrinolaringologia, neurocirurgia, cirurgia oral e maxilofacial, cirurgia plástica, cirurgia podiátrica e cirurgia pediátrica (Figura 6).29

Microscópio eletrônico

O desenho geral de um microscópio eletrônico é similar ao de um microscópio leve. A luz é substituída por elétrons, as lentes de vidro são substituídas por lentes eletromagnéticas e eletrostáticas. Os microscópios eletrônicos possuem sistemas de lentes eletrônicas que são análogas às lentes de vidro de um microscópio ótico de luz, existem dois tipos principais de microscópios eletrônicos: o microscópio eletrônico de transmissão (TEM) e o microscópio eletrônico de varredura (SEM), dos quais o TEM é o mais utilizado (Figura 12).22 A maior vantagem é que eles têm uma resolução mais alta que o microscópio ótico e, portanto, também são capazes de uma ampliação maior (até 2 milhões de vezes).31 Os microscópios eletrônicos permitem a visualização de estruturas que normalmente não seriam visíveis pelo microscópio ótico.32 Os microscópios eletrônicos são usados para investigar a ultraestrutura de uma ampla gama de amostras biológicas e inorgânicas, incluindo microorganismos, células, moléculas grandes, amostras de biópsia, metais e cristais (Figura 13).31 Os microscópios eletrônicos modernos produzem micrografias eletrônicas usando câmeras digitais especializadas e dispositivos de captura de imagens.

Microscópio eletrônico de transmissão (TEM)

Microscopia eletrônica de transmissão é uma técnica desenvolvida para obter ampliação e, portanto, detalhes de um espécime, a um nível muito melhor do que os microscópios ópticos convencionais.34,35 Em TEM um feixe de elétrons é passado através de uma amostra ultrafina interagindo com a amostra à medida que ela passa. Uma imagem é formada a partir da interação dos elétrons transmitidos através da amostra; a imagem é ampliada e focalizada em um dispositivo de imagem, como uma tela fluorescente, em uma camada de filme fotográfico, ou para ser detectada por um sensor como uma câmera CCD.2 Em um TEM, os elétrons penetram em uma amostra fina e são então imergidos por lentes apropriadas, em ampla analogia com o microscópio de luz biológica.22 O TEM é composto de; Sistema de iluminação, estágio de Espécime, sistema de imagem e sistema de vácuo. A microscopia eletrônica de transmissão é um método analítico importante nas ciências físicas, químicas e biológicas. Os TEMs encontram aplicação na investigação do cancro, virologia e ciência dos materiais, bem como na investigação da poluição, nanotecnologia e semicondutores.36

Microscópio electrónico de varrimento (SEM)

Um microscópio electrónico de varrimento, tem uma estrutura semelhante ao TEM, mas a coluna é consideravelmente mais curta porque as únicas lentes necessárias são as lentes acima da amostra utilizadas para focar os electrões num ponto fino na superfície da amostra.37 Não existem lentes abaixo da amostra. A câmara da amostra, por outro lado, é maior porque a técnica SEM não impõe nenhuma restrição ao tamanho da amostra além daquela definida pelo tamanho da câmara da amostra.38 A SEM produz imagens de uma amostra através da varredura da superfície com um feixe focalizado de elétrons. Os elétrons interagem com os átomos da amostra, produzindo vários sinais que contêm informações sobre a topografia e composição da superfície da amostra.39 O feixe de elétrons é escaneado em um padrão de varredura rasterizada, e a posição do feixe é combinada com o sinal detectado para produzir uma imagem. A SEM pode alcançar resolução melhor que 1 nanômetro.40

Ultrasonografia

Ultrasonografia também é referida como um estudo Doppler ou ultra-som usado para diagnóstico médico, é uma técnica indolor e não invasiva que usa uma máquina de ultra-som com ondas sonoras silenciosas de alta freqüência (1 a 5 megahertz) para produzir imagens ao vivo das estruturas internas do corpo também conhecidas como sonograma. Permite aos médicos visualizar órgãos ou tecidos doentes ou normais (tais como bexiga, útero, rim e ovários) dentro do corpo sem fazer uma incisão. O ultra-som é a técnica médica recomendada para visualizar um feto em mulheres grávidas/animais porque não produz radiação como outras técnicas de imagem médica.2

A técnica do ultra-som envolve o uso de um gel líquido e de uma sonda transdutor manual na superfície do corpo. A sonda que contém o transdutor acústico envia e recebe milhões de pulsos e ecos para o corpo por segundo. As ondas sonoras penetram no corpo e atingem uma fronteira entre os tecidos (por exemplo, tecido mole e osso), as ondas são refletidas de volta para a sonda do transdutor e depois transmitidas para a unidade central de processamento (CPU) (Figura 14-16). A CPU é uma máquina que fornece energia elétrica ao transdutor, calcula o tempo de reflexão da onda e a profundidade da interface do tecido que causa a onda, de modo a construir uma imagem bidimensional no monitor. O procedimento geralmente requer um mínimo de 30 minutos.41,42

Below são os diferentes tipos de ultra-som

2D Imagem ultra-sonográfica: Este é o tipo mais comum de imagem de ultra-som, é uma série de imagens de secção transversal plana e bidimensional do tecido escaneado. Este modo de digitalização ainda é padrão para muitas situações de diagnóstico e obstetrícia após meio século de uso.43-46

3D Imagem ultra-sonográfica: Esta é uma imagem tridimensional (3D), obtida a partir de uma secção transversal do tecido digitalizado em vários ângulos e os dados recebidos são reconstruídos numa imagem tridimensional. Este ultra-som é comumente usado para fornecer um sonograma (imagem) mais completo e realista de um feto e no diagnóstico de lábio leporino fendido.44-47

4D Imagem ultra-sonográfica: usa onda sonora para produzir um vídeo ao vivo do feto no útero.43O ultra-som 3D e 4D produz uma imagem realista de um feto em movimento ou em desenvolvimento no útero que não pode ser prontamente vista em uma imagem de ultra-som 2D.43-46

Uma imagem de ultra-som Doppler: A técnica envolve o uso de ondas sonoras refletidas para revelar o padrão e a maneira do fluxo sanguíneo dentro do vaso sanguíneo, isto não pode ser visto em uma imagem de ultrassom 2D, 3D e 4D. O ultrassom Doppler pode ser usado no diagnóstico de várias anormalidades do coração e vasos sanguíneos, como insuficiência venosa, estenose arterial, coágulos, aneurismas e doenças congênitas do coração. Durante um Doppler, o transdutor é movido sobre a pele ao longo dos vasos sanguíneos para enviar e refletir ondas sonoras, ondas sonoras de alta frequência ricocheteiam nas células sanguíneas circulantes, o que em troca muda a frequência das ondas refletidas, refere-se como efeito Doppler e, na ausência de fluxo sanguíneo, não ocorrem alterações nas ondas sonoras refletidas. Os dados das ondas sonoras refletidas com efeito Doppler são usados para construir um gráfico representando o padrão e a forma do fluxo sanguíneo através dos vasos sanguíneos na CPU. Existem três tipos de ultra-som Doppler: Doppler colorido, Doppler espectral e Power Doppler.43-46

Color doppler: Este tipo de ultra-som usa o ultra-som 2D tradicional para criar a imagem de um vaso sanguíneo e usa um computador para mudar as ondas sonoras Doppler em cores que representam a direção e velocidade do fluxo sanguíneo na imagem do vaso sanguíneo.43-46

Power doppler: Este é um tipo mais sensível de Doppler colorido que é usado para gerar detalhes do fluxo sanguíneo em um órgão sólido que não pode ser visualizado usando um Doppler colorido convencional. Entretanto, é impossível visualizar a direção do fluxo sanguíneo usando o Doppler de potência ultra-sonografia. 43-46

Spectra doppler: Este é um tipo de ultra-som que usa um gráfico para representar o fluxo e a direção do sangue. Ele é capaz de mostrar o grau de bloqueio em um vaso sanguíneo.43,45

Doppler de onda contínua: Este ultra-som usa ondas sonoras que são enviadas e refletidas continuamente. Este tipo de ondas sonoras são usadas para detectar bloqueio nos vasos sanguíneos e medir com precisão o sangue de fluxo rápido.43-46

Radiografia

Esta é a mais antiga e mais comum técnica de diagnóstico por imagem.3 É uma técnica não invasiva como a ultrassonografia, porém utiliza uma quantidade muito pequena de radiação ionizante ou não ionizante (raios X) gerada por uma máquina de raios X para produzir uma imagem latente das estruturas internas do corpo em um filme de raios X (Radiografia Projeccional). Uma máquina de raios-X pode ser fixa, móvel ou portátil (Figura 17-19).48-51 Durante a radiografia, as radiografias são direcionadas para o corpo, permitindo que ele passe pelo órgão alvo e, em seguida, capturadas atrás do filme de raio-X plano para produzir uma imagem 2D (Figura 20). O exame radiográfico pode ser feito com ou sem um meio de contraste (como bário ou iodo), dependendo da densidade do órgão a ser examinado. A radiografia pode ser usada no diagnóstico de várias condições, como fratura óssea e câncer, tumor de mama e tuberculose.48 Há alguns riscos associados à exposição excessiva à radiografia, como câncer, queda de cabelo e queimaduras na pele. Mas na maioria dos casos os benefícios superam os riscos.3,52

Tomografia Computadorizada (TC)

Uma TC é um tipo de radiografia que também usa raios-X, ao contrário da Radiografia Projeccional, a TC usa uma maior quantidade de raios-X e fornece uma imagem 3D mais detalhada, no entanto, nos últimos anos, algumas TC têm sido desenvolvidas para usar uma menor quantidade de raios-X. A máquina de tomografia computadorizada é composta por um tomógrafo em forma de donut, mesa, tubo de raios-X, detector de raios-X e computador (Figura 21).54,55 O paciente deita-se na mesa antes de deslizar para o tomógrafo, o tubo de raios-X e a câmera se move em torno do paciente a 360° para digitalizar e produzir múltiplas imagens dos órgãos internos do corpo, dependendo do órgão de interesse, um material de contraste pode ser administrado através da boca, reto ou injetado na veia para destacar o órgão digitalizado.55 A varredura é realizada em uma sala de computador separada, onde as imagens são exibidas e o técnico comunica com o paciente com o auxílio de alto-falantes e microfones.56 A maior vantagem da tomografia computadorizada é a rápida aquisição de imagens diagnósticas mais claras de uma proporção maior do corpo.56,57

Existem aparelhos de tomografia computadorizada veterinária especializados, como o aparelho recarregável de tomografia computadorizada veterinária, este aparelho está equipado com um gabinete de raios-X para permitir que o veterinário permaneça perto do animal durante o exame, uma vez que não é necessário um quarto separado como no exame de tomografia computadorizada humana convencional (Figura 22).57 Durante a varredura, o animal será anestesiado e monitorado, colocado e apoiado sobre uma mesa móvel antes de deslizar para o tomógrafo (Figura 23).60,61

Ressonância magnética (RM)

Ressonância magnética (RM) é uma técnica de diagnóstico por imagem indolor e não invasiva que utiliza um poderoso campo magnético e ondas de rádio para criar uma imagem 3D dos órgãos internos do corpo. A RM não envolve radiações como as vistas na radiografia (radiografia de projéteis, tomografia computadorizada e PET).4 A máquina de RM parece semelhante à de tomografia computadorizada e PET, embora a técnica demore mais tempo e faça ruído mais alto (Figura 24).5,61,63

Durante o scan o paciente (com ou sem um meio de contraste) deita-se sobre uma mesa que desliza no tubo contendo um grande íman que gera um campo magnético e ondas de rádio ao redor do corpo do paciente que permitem que o tecido do corpo vibre. Estas vibrações são convertidas em imagem detalhada no computador (Figura 25).5

Positron emission tomography (PET)

PET é uma técnica de imagem funcional 3D, Em contraste com a TC e a radiografia, ela demonstra as atividades fisiológicas dos tecidos e órgãos do corpo usando um radiotraçador (18F-FDG). A via de administração (oral, venosa ou nasal) do radiotraçador depende do tecido ou órgão de interesse.64 O radiotraçador injetado concentra-se dentro de um tecido que é exibido em um computador como uma imagem 3D. A máquina é semelhante à TC e RM e as imagens modernas de PET podem ser combinadas com TC ou RM para criar uma visão única (Figura 26).66

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PET scan é maioritariamente utilizada no estudo e diagnóstico de tumores e distúrbios associados com o cérebro e o coração. A técnica também é indolor e não-invasiva, porém não é recomendada para gestantes, mães lactantes por causa da radiação emitida pelo radiotraçador 18F-fluoro-2-deoxiglicose (18F-FDG) (Tabela 1). A imagem PET scan é uma imagem colorida que mostra as áreas mais ativas do órgão ou tecido, dependendo da quantidade de radiotraçadores que absorveu (Figura 27).5,68-70