Corso per esposti in Risonanza Magnetica (3-4) - Domodossola, dicembre 2008

1. Domodossola, 4 dicembre 2008
Effetti fisici e biologici della RMN
Luca Gastaldi
S.S. Fisica Sanitaria – ASL BI
Ospedale degli Infermi - Biella

2. Tipologie di campo magnetico
Campo magnetico statico
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)
Campi magnetici di gradiente
Variabili nel tempo (picchi fino a 20 T/s) a bassa frequenza
Campi magnetici a radiofrequenza (RF)
Oscillanti tra 1 e 100 MHz

3. Campo magnetico statico

4. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (1)
1. Effetti fisici microscopici Effetti biologici
 Effetti di orientamento di sistemi molecolari
 Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo
 Effetto Zeeman su molecole coinvolte in reazioni chimiche
2. Effetti meccanici / fisici macroscopici
3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati

5. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (2)
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
Sistemi molecolari dotati di suscettività magnetica possono orientarsi
relativamente alla direzione del campo magnetico statico
Tale orientamento è stato osservato in vitro nei bastoncelli della retina in
campi statici di 1 T, ma non in vivo.
2. Effetti meccanici / fisici macroscopici
3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati

6. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (3)
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
F = q (v x B)
Gli ioni dei 2 segni, trasportati dal flusso sanguigno, tendono a concentrarsi
sulle pareti opposte dei vasi.
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
2. Effetti meccanici / fisici macroscopici
3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati

7. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (4)
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
Separazione delle linee spettrali per l’effetto di un campo magnetico esterno
Può produrre alterazioni nella cinetica di reazioni chimiche che
coinvolgono coppie di specie chimiche intermedie, con la possibilità di
ottenere prodotti di reazione potenzialmente dannosi
Non sono stati riportati effetti su reazioni di significatività biochimica, per
cui la rilevanza sanitaria di questo effetto non è chiara.
2. Effetti meccanici / fisici macroscopici
3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati

8. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (5)
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
2. Effetti meccanici / fisici macroscopici
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
3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati

9. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (5)
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
2. Effetti meccanici / fisici macroscopici
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
3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati

10. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (6)
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
2. Effetti meccanici / fisici macroscopici
3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati
Potenziali rischi dovuti all'interferenza di campi magnetici con dispositivi elettronici
Si dovrebbe evitare che persone con pace maker impiantati possano risultare
esposti ad induzioni magnetiche superiori a 0.5 mT

11. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (7)
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
2. Effetti meccanici / fisici macroscopici
3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati
In conclusione :
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

12. Campo magnetico statico : limiti di esposizione
Sulla base del D.M. 2/08/91 :
Parte Intensità campo Durata massima
esposta esposizione
corpo 200 mT 1h/giorno
corpo 2T 15 min/giorno
arti 2T 1h/giorno

13. Campo magnetico statico : considerazioni (1)
L’installazione di Domodossola (Magnetom Symphony 1.5T) :
0.6 -1.0 T
1.5 T
0.6 mT 0.1 mT
0.3 mT

14. 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 giorno
Quindi ciascun operatore può posizionare un massimo di 10 pazienti
in un giorno.
I limiti per gli arti risultano ampiamente rispettati

15. Campi magnetici di gradiente

16. 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

17. 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
Stimolazione dei tessuti muscolari e
nervosi elettricamente eccitabili

18. Campi magnetici di gradiente (2)
Affinché si verifichi la stimolazione, la densità di corrente elettrica deve
essere superiore ad un determinato valore
Effetti a soglia

19. Campi magnetici di gradiente (2)
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)

20. Campi magnetici a radiofrequenza

21. Campi magnetici a radiofrequenza (1)
Radiofrequenza 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.

22. Campi magnetici a radiofrequenza (2)
L’aumento di temperatura dipende da :
 Rateo di assorbimento specifico di energia (SAR)
 Sistema di termoregolazione
 Stato fisiologico
 Condizioni ambientali :
 Temperatura esterna
Necessità di monitorare
 Umidità le condizioni ambientali
durante l’esame
 Ventilazione

23. Campi magnetici a radiofrequenza (3)
Aumento di temperatura nei tessuti :

24. 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 termici
Dipende 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° C
Il 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)

25. Campi magnetici a radiofrequenza : dosimetria (2)
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.

26. Campi magnetici a radiofrequenza : dosimetria (3)
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

27. Conclusioni
Le procedure diagnostiche RM comunemente utilizzate possono essere
considerate a basso rischio per il paziente.
ma…
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

28. grazie per l’attenzione