2.effetti fisici e_biologici

Effetti fisici e biologici della RMN

Luca Gastaldi

S.S. Fisica Sanitaria – ASL BIOspedale degli Infermi - Biella

Domodossola, 4 dicembre 2008

Campo magnetico statico

Campi magnetici di gradiente

Campi magnetici a radiofrequenza (RF)

Molto intenso (fino a 2 Tesla) per le apparecchiature diagnostiche(6 ordini di grandezza superiore al valore del campo magnetico terrestre che varia da 30 a 70 mT a seconda della posizione geografica)

Variabili nel tempo (picchi fino a 20 T/s) a bassa frequenza

Oscillanti tra 1 e 100 MHz

Tipologie di campo magnetico

Campo magnetico statico

1. Effetti fisici microscopici

Effetti di orientamento di sistemi molecolari

Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo

Effetto Zeeman su molecole coinvolte in reazioni chimiche

Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (1)

Effetti biologici

2. Effetti meccanici / fisici macroscopici

3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati


Effetti di orientamento di sistemi molecolari Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo





Sistemi molecolari dotati di suscettività magnetica possono orientarsi relativamente alla direzione del campo magnetico staticoTale orientamento è stato osservato in vitro nei bastoncelli della retina in campi statici di 1 T, ma non in vivo.








F = q (v x B)

Tra le 2 pareti si instaura quindi una differenza di potenziale pari a :

d.d.p. = v · B · d

dove d è il diametro del vaso sanguigno.

Si ha un’alterazione dell’onda T del tracciato elettrocardiografico

Gli ioni dei 2 segni, trasportati dal flusso sanguigno, tendono a concentrarsi sulle pareti opposte dei vasi.








Separazione delle linee spettrali per l’effetto di un campo magnetico esternoPuò produrre alterazioni nella cinetica di reazioni chimiche che coinvolgono coppie di specie chimiche intermedie, con la possibilità di ottenere prodotti di reazione potenzialmente dannosiNon sono stati riportati effetti su reazioni di significatività biochimica, per cui la rilevanza sanitaria di questo effetto non è chiara.








Forze di roto-traslazione che agiscono su qualsiasi materiale ferromagnetico posto all’interno del campo magnetico statico

Nel corpo del paziente

protesi metalliche, clips cerebrali, ecc. di cui il paziente è normalmente a conoscenza

schegge metalliche, della cui presenza il paziente può non essere consapevole

Esterno al corpo del paziente

Oggetti metallici immessi indebitamente in sala esami








Ogni oggetto ferromagnetico all’interno del corpo del paziente è soggetto a forze di trazione e di rotazione che possono costituire un serio pericolo per il paziente stesso

Ogni oggetto ferromagnetico introdotto indebitamente in sala esami può essere attratto dal campo e acquistare velocità tali da costituire un pericolo non solo per il paziente, ma anche per gli operatori sanitari

EFFETTO PROIETTILE








Potenziali rischi dovuti all'interferenza di campi magnetici con dispositivi elettroniciSi dovrebbe evitare che persone con pace maker impiantati possano risultare esposti ad induzioni magnetiche superiori a 0.5 mT








Gli unici rischi reali per il paziente, connessi al campo

magnetico statico, sono quelli dovuti alla presenza di

dispositivi elettronici impiantati o corpi

ferromagnetici estranei nel corpo del paziente stesso

In conclusione :

Campo magnetico statico : limiti di esposizione

Sulla base del D.M. 2/08/91 :

Parte esposta

Intensità campo

Durata massima

esposizione

corpo 200 mT 1h/giorno

corpo 2 T 15 min/giorno

arti 2 T 1h/giorno

Campo magnetico statico : considerazioni (1)

L’installazione di Domodossola (Magnetom Symphony 1.5T) :

1.5 T

0.6 -1.0 T

0.3 mT

0.1 mT0.6 mT

Campo magnetico statico : considerazioni (2)

Per il posizionamento del paziente sono necessari circa 3 minuti

In questo lasso di tempo l’operatore

staziona con il corpo in una zona con

campo magnetico compreso tra i 30 e i

400 mT

Nell’ipotesi peggiore e secondo il D.M. precedentemente

citato, relativamente ai limiti di esposizione a corpo intero,

l’operatore non può permanere in tale luogo più di 30 min.

ogni giornoQuindi ciascun operatore può posizionare un massimo di

10 pazienti in un giorno.

I limiti per gli arti risultano ampiamente rispettati

Campi magnetici di gradiente

Campi magnetici di gradiente (1)

Caratteristiche :

Variabili nel tempo (con picchi fino a 20 T/s)

A bassa frequenza (ELF, 0 – 300 Hz)

Principale effetto fisico

Induzione di correnti nel corpo umano


Caratteristiche :

Variabili nel tempo (con picchi fino a 20 T/s)

A bassa frequenza (ELF, 0 – 300 Hz)

Principale effetto fisico

Induzione di correnti nel corpo umano

Stimolazione dei tessuti

muscolari e nervosi

elettricamente eccitabili


Affinché si verifichi la stimolazione, la densità di corrente

elettrica deve essere superiore ad un determinato valore

Effetti a soglia


Affinché si verifichi la stimolazione, la densità di corrente

elettrica deve essere superiore ad un determinato valore

Effetti a soglia

Si possono fissare dei limiti di

esposizione

Alcuni esempi :

Fibrillazione ventricolare J > 1000 mA/m2 (4 – 1000

Hz)

Stimolazione dei nervi periferici J > 100 mA/m2 (4 –

1000 Hz)

Campi magnetici a radiofrequenza

Campi magnetici a radiofrequenza (1)

Radiofrequenz

a

Tessuto

biologico

Si ha principalmente un effetto termico, quindi :

Rilascio di calore con innalzamento locale della

temperatura

Effetti a soglia :

affinché la temperatura dei tessuti costituenti il corpo umano

aumenti significativamente, il calore generato per

assorbimento di energia elettromagnetica deve essere tale

che il sistema termoregolatore non riesca a smaltirlo

efficientemente.


L’aumento di temperatura dipende

da : Rateo di assorbimento specifico di energia

(SAR)

Sistema di termoregolazione

Stato fisiologico

Condizioni ambientali :

Temperatura esterna

Umidità

Ventilazione

Necessità di

monitorare le

condizioni ambientali

durante l’esame


Aumento di temperatura nei tessuti :

Campi magnetici a radiofrequenza : dosimetria (1)

Per la dosimetria dei campi elettromagnetici a RF si

utilizza il SAR S.A.R. (Specific Absorption Rate)

È il tasso di assorbimento specifico di energia elettromagnetica nei tessuti. Si misura in W/kg

È la grandezza più appropriata in relazione agli effetti

termiciDipende da frequenza, intensità, forma d’onda, tipo di

tessuto, ecc.Studi sperimentali su animali mostrano effetti sul comportamento per SAR > 4 W/kg. Questo valore corrisponde ad un aumento della temperatura corporea non superiore a 1° CIl corpo umano può ben tollerare un aumento di temperatura < 1 °C, o < 0.5 °C nel caso di bambini, donne in gravidanza e persone con difetti del sistema cardiocircolatorio (IRPA/INIRC 1991)


Limiti di Legge

normativa italiana : D.M. 3/08/93

per mantenere il rialzo di temperatura entro 0.5 °C, il SAR mediato sul corpo intero non deve superare :

1 W/kg per esposizioni > 30 min

2 W/kg per esposizioni < 15 min.

la temperatura locale non deve superare i

38°C nella testa SAR < 2 W/kg(esposizioni > 30 min)

39 °C nel tronco SAR < 4 W/kg(esposizioni > 30 min)

40 °C negli arti SAR < 6 W/kg(esposizioni > 30 min)

questi valori raddoppiano per esposizioni di durata inferiore a 15 min.


Realisticamente…

Effettuare misure accurate del SAR da parte

dell’utilizzatore è veramente un arduo problema !!!

ma fortunatamente…

La norma CEI EN 60601-2-3 ha introdotto i “Modi di

funzionamento”I costruttori si sono quindi adeguati adottando :

1. Visualizzazione del “Modo di funzionamento” in fase di impostazione della sequenza di acquisizione

2. Introduzione di blocchi software e/o hardware in caso di superamento dei limiti

3. Fornitura di certificazioni di conformità alla norma CEI

Conclusioni

Le procedure diagnostiche RM comunemente utilizzate

possono essere considerate a basso rischio per il paziente.

I rischi associati alle forze di attrazione e rotazione su oggetti

metallici presenti nel corpo del paziente, e alle interferenze su

dispositivi medici impiantati DEVONO essere evitati

EVENTUALI INCIDENTI DI QUESTO TIPO SONO DA CONSIDERARSI CAUSATI DA GRAVE NEGLIGENZA DEGLI OPERATORI

ma…

grazie per l’attenzione

2.effetti fisici e_biologici

Health & Medicine

Transcript of 2.effetti fisici e_biologici