Page 9 - IFM_201303_vB calosc 150 dpi

Inżynier i Fizyk Medyczny 3/2013 vol. 2

121

artykuł

/

article

neurologia

/

neurology

gąbek jest również taki, że dzięki zawartej w

nich wodzie są wi-

doczne na obrazie MRI, co umożliwia lokalizację elektrod. Wy-

znaczenie współrzędnych elektrod na obrazach strukturalnych

pozwala następnie na dokładne nałożenie obrazów MRI, fMRI

i map aktywności bioelektrycznej mózgu.

Bezpieczeństwo wykonywania jed-

noczesnych badań fMRI i EEG

Dotychczas nie opracowano wymagań dotyczących bezpieczeń-

stwa jednoczesnego wykonywania badań fMRI i EEG, w

związku

z czym dla każdego z nich obowiązują osobne standardy. Apara-

tura EEG musi spełniać wymagania ogólne normy dla aparatury

medycznej oraz szczegółowe dla elektroencefalografów [7, 8],

analogicznie – aparat MRI [8, 9]. Zgodnie z

tymi wymaganiami

maksymalna temperatura mózgu nie może przekroczyć 38°C,

czyli w wyniku oddziaływania skanera może wzrosnąć najwyżej

o

1°C (IEC 2005). Według tej samej normy w miejscu kontaktu

skóry z

częścią aplikacyjną aparatury, w

tym przypadku elektro-

dą EEG, temperatura nie może przekroczyć 43°C. Dopuszczalny

prąd kontaktowy ograniczony jest do 0,5 mA (wartość rms) dla

częstotliwości 1 KHz oraz 10 mA dla 100 kHz [8].

Powyższe regulacje dotyczą badań wykonywanych oddziel-

nie. EEG to badania ambulatoryjne, stąd regulacje nie obejmują

wszystkich kwestii, które mają wpływ na bezpieczeństwo prze-

prowadzenia badań EEG i MRI jednocześnie. Wykonywanie bada-

nia EEGw skanerze MRI wymaga rozważenia kwestii bezpieczeń-

stwa związanego z

umieszczeniem dodatkowych elementów

w polu magnetycznym skanera. W przypadku stosowania syste-

mu EEG, jedynym elementem mogącym wprowadzić zakłócenia

pracy skanera oraz mającymwpływ na bezpieczeństwo pacjenta

jest znajdujący się w pomieszczeniu pasywny czepek. Meriläinen

[10] wykazał, że czepek bez elementów aktywnych nie wpływa

na jednorodność pola, nie wprowadza zakłóceń [5].

Zakładając, że w

systemie nie ma elementów ferromagnetycz-

nych, rozważenia wymagają zjawiska związane z oddziaływaniem

polamagnetycznego na elektrody i przewody – powstawanie prą-

dów wirowych w

elementach przewodzących oraz prądów indu-

kowanych w pętlach powstałych na przewodach. Oddziaływanie

zależy od częstotliwości pola, inne oddziaływanie na tkanki ma

pole gradientowe, a

inne pole wysokiej częstotliwości RF.

W trakcie fazy badania, w

której występuje tylko ekspozycja

pola stałego, zjawisko indukcji w

przewodach elektrod może

występować przede wszystkim w

czasie przemieszczania się

czepka w

polu magnetycznym, np. podczas przesuwania łoża

przy umieszczaniu pacjenta w

skanerze. Wyniki badań Lemieux

i wsp. [11] wskazują, że w

skanerze 1,5 T efekt ten jest pomijalny,

natomiast może być istotny w skanerach 3 T i o większych warto-

ściach pola (nie były dotychczas badane). Aby minimalizować ten

efekt, należy przesuwać łoże możliwie najwolniej.

Natężenie prądu indukowanego w

pętli przewodu spowo-

dowanego polem cewki gradientowej zależy od szybkości na-

rastania gradientu. Według Lemieux i wsp. [11], przy założeniu

częstotliwości 1 kHz, powierzchni pętli 400 cm

2

, szybkości nara-

stania gradientu (

slew rate

) 120 T/m

-1

s

-1

, dla zapewnienia natęże-

nia prądu < 0,5 mA, rezystancja obwodu pętli musi być większa

od 3,3 kΩ. Przyjmując, że impedancja elektroda-skóra jest rzędu

kilku kΩ i

przy zachowaniu staranności przy układaniu przewo-

dów tak, aby nie tworzyły pętli, spełnienie warunku ogranicze-

nia prądowego nie wymaga dodatkowych zabezpieczeń. Trzeba

jednak te wymagania ponownie rozważyć w

przypadku stoso-

wania znacznie większych szybkości narastania gradientu lub

stosowania długich odprowadzeń elektrod pozamózgowych,

które mogą tworzyć pętle o powierzchni większej niż 400 cm

2

.

Pola wysokiej częstotliwości emitowane przez cewki RF po-

wodują powstawanie prądów wirowych w

elektrodach oraz

tkankach, przy czym z

powodu znacznie lepszego przewod-

nictwa są one silniejsze w

elektrodach. Badania elektrod Ag/

AgCl [11], złotych oraz węglowych z

Ag/AgCl w

skanerze 1,5 T,

w

których oceniany był wzrost temperatury oraz współczynnik

absorpcji SAR (

Specific Absorption Rate

), nie wykazały przekro-

czenia wymagań IEC2005 [4]. Zostały one jednak przekroczo-

ne w

skanerze 7 T, w

którym stwierdzono wzrost temperatury

o

2,2°C oraz współczynnik SAR 11 W/kg [4]. W

tych warunkach

spełnienie wymagań możliwe jest przy zastosowaniu elektrod

o kształcie otwartym, w

formie połowy pierścienia. Z badań wy-

nika, że w

czasie rejestracji EEG w

skanerze o

polu < 4 T prądy

wirowe nie powodują przekroczenia dopuszczalnej tempera-

tury elektrod, natomiast w

przypadku pól > 4 T wymagane jest

stosowanie elektrod o odpowiednim kształcie.

Pola o

częstotliwości radiowej mogą powodować również

prądy indukcyjne w przewodach elektrod. W odróżnieniu od pól

wytwarzanych przez cewki gradientowe, cewki RF wytwarzają

fale elektromagnetyczne o

częstości kilkudziesięciu megaher-

ców. Przy tak wysokich częstościach pojemności istniejące mię-

dzy elektrodami mogą umożliwić przepływ prądu i

spowodo-

wać nadmierny wzrost temperatury skóry. Dla zabezpieczenia,

w

niektórych czepkach stosuje się rezystory (około 10 kΩ) dla

każdej elektrody [4, 5].

Zjawisko towystępuje z różną intensywnością podczas różnych

sekwencji. W

trakcie sekwencji o

czasie trwania 900 sekund EPI

(

Echo Planar Imaging

) oraz SPGR (

Spoiled Gradient

) stwierdzono

nieznaczny wzrost temperatury – odpowiednio o

0,3°C i

0,6°C.

Natomiast w

czasie sekwencji FSE (

Fast Spin Echo

) temperatura

wzrastała o

12°C. Wartości te są zależne od czasu trwania se-

kwencji, liczby ekspozycji i

impulsów RF. Należy to rozważyć przy

planowaniu sekwencji w

czasie jednoczesnego badania fMRI

i EEG. W

szczególności nie należy stosować sekwencji FSE [5].

W polu RF przewody zarówno proste, jak i

tworzące pętlę

mogą stać się anteną, gdy ich długość, kształt i orientacja wzglę-

dem źródła sygnału odpowiadają częstotliwości rezonansowej

Larmora (42,58 MHz/T) [4] lub jej harmonicznej. Może dojść do

konwersji energii pola elektromagnetycznego na ciepło [4].

Z omówionych powyżej badań wynika, że najistotniejszym

czynnikiem ryzyka jest wzrost temperatury elektrod spowodo-

wany oddziaływaniem pola RF.