Юрий Васильев – Лучевая диагностика. Магнитно-резонансная томография. Безопасность, контроль эксплуатации, артефакты от металлов. Учебное пособие (страница 4)
– опасность выброса хладагента сверхпроводящего магнита (т.н. квенч);
– воздействие полей, возникающих при работе МР-томографа, на несовместимое оборудование (кардиостимуляторы и водители ритма, рентгеновские трубки, средства связи и пр.).
При проведении МРТ-исследования на пациента действуют три типа магнитных полей:
– постоянное (статическое) высокой индукции B0;
– переменное (градиентное) BG;
– радиочастотное (РЧ) B1.
Взаимодействие тела пациента с указанными полями может привести к нежелательным биологическим эффектам (биоэффектам).
1.2. Биологические эффекты от магнитного поля
Биологические эффекты можно разделить на прямые и косвенные.
Прямые биоэффекты возникают в теле человека непосредственно под воздействием электромагнитного поля (ЭМП). Это, например, повышение температуры тканей, либо нетемпературные эффекты в виде стимуляции мышц, нервов, органов чувств.
Косвенные биоэффекты возникают из-за реакции инородных объектов, расположенных внутри организма и обладающих ферромагнитными свойствами (имплантируемые медицинские изделия (ИМИ), стенты, шунты и пр.), а также акустического шума и других внезапно возникших обстоятельств (возгорание, аварийные ситуации и пр.).
1.2.1. Прямые биоэффекты
Постоянное магнитное поле. Основное магнитное поле МР-томографа B0 (чаще всего 1,5 или 3 Тл) включено всегда, но распределено неравномерно. Максимальное значение индукции, как правило, достигается в радиусе 15—20 см от изоцентра магнита, а за пределами комнаты управления это значение обычно не превышает 1 мТл.
Большая часть биологических тканей является электропроводными. Так, нервные волокна хорошо проводят электрический ток, а крупные кровеносные сосуды, по сути, являются потоком движущихся ионов. Движение таких тканей в магнитном поле высокой индукции, имеющем значительный пространственный градиент, приводит к возникновению электродвижущей силы. В результате быстрое движение головой в области пространства со значительным градиентом индукции (в первую очередь – вблизи МР-томографа) может привести к головокружению или тошноте из-за возбуждения нервной системы дополнительными электрическими импульсами.
Движение крови в аорте при нахождении пациента в поле 0,3 Тл и выше может привести к некорректной регистрации ЭКГ-сигнала (ЭКГ – электрокардиограмма), проявляющейся в увеличении амплитуды Т-зубца (рисунок 1). При этом никаких побочных эффектов для организма не наблюдается, а возникшие в результате действия поля явления завершаются сразу после прекращения его воздействия.
Для предотвращения таких биоэффектов Международная комиссия по защите от неионизирующих излучений (ICNIRP) рекомендует не подходить непосредственно к МР-томографу и не отходить от него слишком быстро [7].
Градиентное магнитное поле. При переключении градиентных катушек появляется переменное магнитное поле, которое, согласно закону Фарадея, создает в теле пациента электрическое поле, а следовательно, также генерирует в тканях токи. В результате индуцированные в процессе сканирования электрические поля могут генерировать потенциалы действия и приводить к возбуждению периферической нервной системы (ПНС). Этот эффект может влиять на пороговые значения возбудимости тканей, стимулировать нервы и мышцы, вызывать зрительные эффекты – магнитофосфены (слабые мерцающие визуальные эффекты), а на высоких уровнях приводить к кардиостимуляции и фибрилляции желудочков.
РЧ-магнитное поле. Воздействие РЧ-полей в первую очередь приводит к нагреву тканей. Для оценки степени поглощения энергии РЧ-излучения используется удельный коэффициент поглощения – УКП (SAR), который определяется количеством энергии, поглощенной за единицу времени единицей массы тела. Безопасным (нормальный режим контроля) является значение 2 Вт/кг.
Для наиболее точного определения УКП (как правило, расчетное значение приводится на консоли оператора) при регистрации пациента в системе необходимо корректно указывать его дату рождения, вес и рост. Проблемы могут возникать при обследовании детей на ранних сроках жизни, когда их рост сопоставим с зоной сканирования (40—50 см). Как правило, трудности связаны с запуском импульсной последовательности (ИП) и требуют изменения параметров сканирования.
Важно отметить еще один фактор риска, связанный с РЧ-магнитным полем: его воздействие может привести к ожогу при контакте «кожа-кожа» или «кожа-проводник», поэтому следует с максимальной ответственностью подходить к соблюдению правил укладки пациента (см. п.1.2.3).
1.2.2. Косвенные биоэффекты
Постоянное магнитное поле. Опасность для здоровья пациента и персонала при нахождении в постоянном магнитном поле связана с наличием ферромагнитных материалов в теле, в одежде или в комнате сканирования (процедурной).
Постоянные магнитные поля могут привести к нарушению функций активных ИМИ. Например, если в электрокардиостимуляторе (ЭКС) имеется магнитоуправляемый контакт – геркон, который замыкается магнитными импульсами. Высокое постоянное магнитное поле может активировать геркон и вернуть устройство к режиму асинхронной стимуляции, что может привести к выраженным нарушениям ритма и даже гибели пациента.
Градиентное магнитное поле. В градиентных магнитных полях разные изделия могут нагреваться в результате индуцирования электрического тока, о котором мы уже говорили в разделе прямых эффектов, а также начать вибрировать за счет изменения величины магнитного поля, а следовательно, воздействовать на окружающие ткани.
Еще одним фактором воздействия здесь будет шум, источником которого становятся колебания градиентных катушек, связанные с быстрым изменением знака подаваемого на них напряжения. Уровень акустического шума зависит от типа выбранной последовательности. Так, например, при эхо-планарной последовательности он может составлять порядка 110—120 дБ. Высокий уровень шума может понизить чувствительность органов слуха и стать причиной тревоги и дискомфорта. Для минимизации воздействия акустического шума применяются наушники и беруши.
РЧ-магнитное поле. Аналогично переменным градиентным переменные РЧ-поля являются источником передаваемой пациенту энергии. УКП РЧ-энергии применяется и в оценке косвенных биоэффектов, а именно нагрева ферромагнитных материалов, который может стать причиной ожогов. Кроме того, электроды и провода активных имплантов могут действовать как антенна, концентрируя РЧ-энергию, производимое тепло и электрические токи, которые могут вызвать некроз ткани, стимулировать жизнеугрожающие аритмии. Также может произойти сброс параметров активных имплантов (ЭКС) или истощение батареи.
Криогенная жидкость у МР-томографов со сверхпроводящей катушкой. Основная опасность, связанная с криогенными жидкостями (сжиженный гелий) МР-томографа, заключается в вероятности их быстрого вскипания (квенч). За счет резкого повышения температуры жидкость почти мгновенно переходит в газообразное состояние, резко увеличиваясь в объеме. При этом часть газа попадает в процедурную и другие помещения кабинета МРТ, вытесняя воздух и приводя к риску обморожения и гипоксии.
Квенч сопровождается выбросом на улицу низкотемпературного газообразного гелия по аварийному газоотводному каналу. Он может произойти не только при нажатии кнопки аварийного отключения магнита, но также при снижении гелия в системе приблизительно до 30%. При этом сверхпроводимость обмотки магнита теряется, а индукция магнитного поля резко уменьшается за время порядка 20 с.
Восстанавливать работоспособность оборудования после этого затратно не только по времени, но и финансово, поэтому при эксплуатации требуется следить за изменением процентного содержания уровня гелия и наработки компрессора. Также в кабинете МРТ должны быть предусмотрены соответствующие инструкции для персонала [5].
1.2.3. Методы профилактики биологических эффектов магнитного поля
Смещение металлических объектов. Пациента необходимо заранее проверить на наличие любых металлоконструкций с использованием металлодетектора и/или ферромагнитного детектора и убедиться в том, что ни один из присутствующих в теле объектов не будет подвержен критичному смещению за счет взаимодействия с магнитным полем. В исключительных случаях для контроля и оценки положения инородных объектов может быть выполнена рентгенография (РГ).
Все современные ИМИ на этапе проектирования или после производства подвергаются серии экспериментов и маркируются как МР-безопасные, МР-совместимые при определенных условиях или МР-небезопасные (подробнее см. п. 1.5.4).