Slide 1
advertisement
MR VEILIGHEIDSASPECTEN WERKING VAN EEN MR-SCANNER SUPERGELEIDENDE MAGNEET GRADIENT SPOELEN SCANNER TUNNEL ZEND & ONTVANGST SPOEL PATIENT - TAFEL AFSCHERMING TEGEN RADIOFREQUENTE GOLVEN VAN BUITEN “KOOI VAN FARADAY” Yves De Deene STATISCH MAGNETISCHE VELDEN In onze omgeving 5 mT 50 µT 0.1 – 0.2 T 0.3 T – 3 T Yves De Deene STATISCH MAGNETISCHE VELDEN NMR spectrometers 600 MHz spectrometer 15 T 900 MHz spectrometer NMR spectrum Yves De Deene Eiwitsynthese 22.5 T CERN: Compact Muon Solenoid (CMS) detector Large Hadron Collider 2 T – 8.4 T (?) Yves De Deene STATISCH MAGNETISCHE VELDEN DIRECTE EFFECTEN In vitro experimenten: • Wijzigingen in celgroei en morfologie, celdeling en teratogeniciteit • Effect op DNA structuur en gen-expressie • Voor- en laattijdige zwangerschap en embryonale ontwikkeling • Boed-hersen barriere • Neurale activiteit • Cognitieve functionaliteit • Cardiovasculaire dynamiek • Hematologische studies • Temperatuur regulatie • Immunologische respons Yves De Deene STATISCH MAGNETISCHE VELDEN DIRECTE EFFECTEN Enkele vaststellingen: • Magnetische anisotropie en orientatie van retina staafjes (rhodopsin) (1 T) [in vitro] • Zuurstofafhankelijke toename van de viscositeit van bloed (1.5 T) [in vitro] • Deformatie van rode bloedcellen (4u bij 0.5 T) [in vitro] • Migratie van leucocyten in een statische magnetische veld gradient (60 T/m) [in vitro] • Het cytoskelet van cellen die blootgesteld worden aan extreem hoge velden (10 T – 15T) wordt verstoord wat een effect heeft op cel-organisatie en differentiatie. [in vitro] Yves De Deene STATISCH MAGNETISCHE VELDEN REGELGEVING EN RICHTLIJNEN MAXIMUM VELDSTERKTE Food and Drug Administration (FDA) (July 14, 2003) Volwassenen en kinderen ouder dan 1 maand: 8T Boorlingen jonger dan 1 maand: 4T International Electrotechnical Commission (IEC 60601-2-33) Geen limieten International Commission on Nonionizing Radiation Protection (ICNIRP) Physical Agents Directive (E.U.) Voor alle patiënten: Voor personeel: Yves De Deene Onder hevige discussie !! 2T 0.2 T Yves De Deene STATISCH MAGNETISCH VELD VEILIGHEIDSASPECTEN Yves De Deene STATISCH MAGNETISCH VELD VEILIGHEIDSASPECTEN Yves De Deene 1 pound = 4.4 N STATISCH MAGNETISCH VELD HOOFD MAGNETISCH VELD (B0) TOESTELLEN Yves De Deene VELDSTERKTE APPARATUUR 10 mT Analoge uurwerken, bankkaarten, ... 5 mT Operator console, magnetische opnamemedia, elektrische motoren, computers 1 mT Video camera’s en monitoren, ... 0.5 mT Cardiale pacemakers, hoorapparaten, metaal detectoren, beeldversterkers, ... 0.1 mT Gamma camera’s, electronen microscopen, CT scanners, PET scanners, ... STATISCH MAGNETISCH VELD PASIEVE IMPLANTEN Yves De Deene STATISCH MAGNETISCH VELD ACTIEVE IMPLANTEN Geneesmiddelafgiftesysteem Pacemaker Yves De Deene Vagale zenuw stimulator (anti-epileptische werking) STATISCH MAGNETISCH VELD Susceptibiliteitsartefacten veroorzaakt door vreemde objekten Susceptibiliteitseffect veroorzaakt door tand-prothese (SAG en TRA) Susceptibiliteitseffect veroorzaakt door vijs .B0 z Gz (SE – image) Yves De Deene Susceptibiliteitsartifact rond een titanium staaf (experimentele opstelling) STATISCH MAGNETISCH VELD Susceptibiliteitsartefacten veroorzaakt door cosmetica Piercings Cosmetica Yves De Deene KLASSIFICATIE VAN MAGNETISCHE MATERIALEN (m.b.t. MRI compatibiliteit) M M 0 .H MR incompatibele materialen: Materialen die een mechanische krachtswerking ondervinden in een magnetisch veld. M 0 0 of 102 vb. ijzer, cobalt, staal, nikkel MR compatibele materialen: Materialen die geen mechanische krachtswerking ondervinden in een magnetisch veld. Klasse 1: Susceptibiliteit is groot genoeg om ernstige beeldverstoringen te veroorzaken. 105 water 102 vb. Titanium, bismuth, niet-magn. staal, koolstofplaat Klasse 2: Susceptibiliteit ligt in de omgeving van de susceptibiliteit van menselijk weefsel. water 105 Yves De Deene vb. Water, menselijk weefsel, koper, zircoon STATISCH MAGNETISCH VELD MAGNETOHYDRODYNAMISCH EFFECT F v B0 j F q.(v B) R T U P Haemoglobine (Fe) Yves De Deene Q S Verhoging van de T-golf STATISCH MAGNETISCH VELD ‘QEUNCH’ Supergeleidende magneet Helium, stikstof gekoeld ~ 1200 A Lek in de supergeleidende tank Supergeleidende magneet warmt op Supergeleidende magneet verliest supergeleiding Druktoename in het vat Yves De Deene QUENCH GEVAAR VOOR VERSTIKKING VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: NEURALE STIMULATIE SCHAKELEN VAN MAGNETISCHE GRADIËNTEN MAGNETISCHE GRADIËNTSPOELEN Bhead [mT] t [ms] PATIENT - TAFEL Yves De Deene VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: NEURALE STIMULATIE INSCHUIVEN VAN DE PATIËNT SUPERGELEIDENDE MAGNEET Bhoofd [T] t [s] PATIENT - TAFEL Yves De Deene VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: NEURALE STIMULATIE Yves De Deene VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: NEURALE STIMULATIE Maxwell’s vergelijking: + -+ + -+ - B E t d E.ds dt B.dA + +-+++ +- Na v Yves De Deene - VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: NEURALE STIMULATIE Wet van Weiss (1901) – Lapicque (1909) Edt E + -+ + -+ ++- +++ +- Na .t rheo chron dB 0.36 20 Ts 1 (1 ) dt [ms] dB/dt (T/s) - (1 / tchron ) 250 200 150 100 Onverdraagzaam v 50 Onconfortabel Drempelwaarde 0 Yves De Deene 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 tS (ms) VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: NEURALE STIMULATIE Grenswaarden (stroomdichtheid) (ICNIRP 1998) + -+ + -+ ++- +++ +- Na - v Onduidelijk op welke basis de grenswaarden bekomen werden Yves De Deene “... A threshold current density of 10 mA.m -2 at frequencies up to 1 kHz has been estimated for minor effects on nervous system functions. Among volunteers, the most consistent effects of exposure are the appearance of phosphenes and a minor reduction in heart rate during or immediately after exposure to ELF fields, but there is no evidence that these transient effects are associated with any long-term health risk...”, ICNIRP Guidelines, Health Physics 1998. VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: NEURALE STIMULATIE Grenswaarden vertalen naar blootstelling ... Blootstellingslimieten (Weiss, Lapicque) Stroomdichtheid Vergelijking van Maxwell Blootstellingslimieten d E.ds dt B.dA ? Magnetische flux B (µT) 106 105 104 Patient geometry 103 102 Tissue conductivity 101 100 10-1 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 f (Hz) Yves De Deene VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: NEURALE STIMULATIE B (µT) Actiewaarden 106 105 104 103 102 101 100 10-1 1 Yves De Deene 10 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 Frekwentie (Hz) VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: Schakelen van magnetische gradiënten Bijstand van patient Actiewaarden B (µT) 106 > 30 µT 105 33 mT/m 104 103 102 30 µT 101 100 10-1 f (Hz) 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109 101010111012 820 Hz Yves De Deene 65 kHz VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: Schakelen van magnetische gradiënten Open MRI voor pediatrische patiënten Actiewaarden B (µT) 106 105 104 103 102 30 µT 101 100 10-1 f (Hz) 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109 101010111012 820 Hz Yves De Deene 65 kHz VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: Schakelen van magnetische gradiënten Interventionele MRI Actiewaarden B (µT) 106 105 B ≈ 2000 µT 104 B ≈ 2000 µT 103 102 30 µT 101 100 10-1 f (Hz) 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109 101010111012 820 Hz Yves De Deene 65 kHz VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: Complexiteit van de bepaling voor bewegingen verplegend personeel 1.5 m verplegend personeel 1m B (T) v 0.5 m t (s) 0.3 T/m 5 T/m 1 T/m 3 T/m 3 T/m 0.5 T/m 0 1m Fourier transformatie patiënt 0.5 m 3 T NMR scanner B (T) Actiewaarde 1m f (Hz) 1.5 m Yves De Deene VERANDERENDE MAGNETISCHE VELDEN: Bewegingen verplegend personeel in de buurt van een NMR scanner Berekening met behulp van eindige elementen methode J (A/m2) 1.5 m verplegend personeel 1m v = 1m/s 4 T scanner 0.5 m J (A/m2) 0.3 T/m 5 T/m 1 T/m 3 T/m 3 T/m 0.5 T/m 0 1m patiënt Crozier S and Liu F 2005, Numerical evaluation of the fields induced by body motion in or near high-field MRI scanners, Progress in Biophysics and Molecular Biology 87, 267-78. Yves De Deene MAGNETISCHE VELDVERANDERINGEN MAGNETO-FOSFENEN Bij veldsterkte > 1.5 T Gewaarwording: • Visuele indruk van lichtflitsen • Reversiebel Oorzaak: Elektrische stimulatie van het netvlies Yves De Deene MAGNETISCHE VELDVERANDERINGEN DUIZELIGHEID Gewaarwording: • Duizeligheid • Reversiebel Oorzaak: Magnetohydrodynamisch (MHD) effect in vestibulair orgaan veroorzaakt discordantie met visuele prikkels. F q.(v B) B v Yves De Deene RADIO-FREQUENT VELD: DIRECTE EFFECTEN R P 3 . f 2 . .B12 .R 4 .L t P .TR Partieel lichaam SAR: Totaal lichaam SAR: Yves De Deene L LP SARi SARtotaal Leff ,i Pi Mi Ppat M pat Phoofd Ptorso 2.Pbeen M pat OPWARMING t.g.v. RADIO-FREQUENT VELD: THE BIOHEAT EQUATION Metabolisme SAR Thermische conductie T Convectie door bloeddoorstroming NUMERIEK OPLOSBAAR B B B M ρ( r ).c( r ).T( r ,t)dV k( r ). T( r ,t) . u .dS ρ ( r ).c ( r ).T( r ,t) .v ( r ,t). u .dS Q (r ).dV Q EM (r,t).dV n n t V S S V V CONDUCTIE Omgevingstemperatuur Yves De Deene CONVECTIE VIA BLOEDVATEN METABOLISME Defect van het thermoregulatief systeem van een patiënt SAR RADIO-FREQUENT VELD: REGELGEVING SPECIFIC ABSORPTION RATE Food and Drug Administration (FDA) (July 14, 2003) Yves De Deene lokatie dosis Tijdspanne (min) SAR (W/kg) Totaal lichaam gemiddeld 15 4 Hoofd gemiddeld 10 3 Hoofd en torso per gram weefsel 5 8 Ledematen per gram weefsel 5 12 RADIO-FREQUENT VELD: REGELGEVING SPECIFIC ABSORPTION RATE Physical Agents Directive (European Union) Yves De Deene lokatie dosis Tijdspanne (min) SAR (W/kg) Totaal lichaam gemiddeld 6 0.4 Hoofd en torso per gram weefsel 6 10 Ledematen per gram weefsel 6 20 RADIO-FREQUENT VELD: INDIRECTE EFFECTEN Resonantie wordt bereikt wanneer de lengte van het object een halve golflengte bedraagt in het humaan medium. 1. Radiofrequente EM golf 2. Yves De Deene c f d E.ds dt B.dA PSYCHOLOGISCHE ASPECTEN Geluidsoverlast • “Stille” beeldvormingssequenties • Actieve/Passieve geluidsonderdrukking • Koptelefoon of oordopjes Gradiëntschakelen, RF hearing Claustrofobie en andere angstgerelateerde complicaties Yves De Deene • Voorbereiden op onderzoek • Verdoven van kinderen • Gebruik van spiegeltjes • Open NMR scanner (vnl. voor kinderen) GELUIDSNIVEAU REGELGEVING MAXIMUM GELUIDSTERKTE Food and Drug Administration (FDA) (July 14, 2003) rms geluidsdruk < 99 dBA met gehoorbescherming. piek geluidsniveau < 140 dB Yves De Deene PATIËNT VEILGHEIDSFORMULIER Yves De Deene
