【摘录】磁共振成像系统的安全性

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[center]磁共振成像系统的安全性[/center]

    mri系统是当代最先进、最复杂、最昂贵的医疗设备之一。它的核心为一数千高斯乃至几特斯拉的磁体。在如此高的场强作用下，磁体附近的铁磁性物质极易受到吸引而造成机器或人员的伤害。另外，受检病人体内的金属植入物也可能在此场强的作用下移位、发热或丧失功能。因此，除了生物学效应以外，mri的安全性也是一个值得注意的问题。本章主要讨论与静磁场有关的安全知识。

[center]第一节  铁磁性投射物[/center]

[center]一、投射效应[/center]

    目前临床mri系统的静磁场场强多在0.3～3.0t之间。即使是低场系统，其场强也在地磁（约0.05mt）的数千倍以上。这种强磁场的潜在危险性首先来自所谓投射效应。
    投射效应特指在强磁场作用下铁磁性物体从磁体以外的地方以一定速度投向磁体的现象。它实际上是磁体强大吸引力的外在表现。通常将受到铁磁性效应作用的物体叫做铁磁性投射物。它可以从远处，甚至从毫无准备的人手中以非常快的速度“飞”向磁体，从而造成人员或机器的伤害。铁磁性投射物既可以是缝衣针、别针、螺丝刀、扳手等小物体，也可能是氧气瓶、吸尘器、工具箱等大物体。磁体的场强不同，铁磁性投射物“飞”向磁体时的加速度也就不同。
    投射效应是mri系统最大的安全性问题之一。对美国100台mri系统安全性的调查结果显示，有20％的设备曾发生过铁磁性投射物事故，所造成的伤害或损失严重程度不一。但是，通过严格的管理，投射物伤害事故还是可以避免的。在这一方面，要求所有进出磁体室的人员树立牢固的安全意识非常重要。此外，有必要在磁体室入口处安装可调阈值的金属探测器。

[center]二、磁场对物质的作用[/center]
    物质在磁体附近受到的磁力可以用专门的仪器进行测量，其结果是区分物质磁性强弱的依据。由于物体在磁体中心受到的磁力为零，磁力大小的量取可以以此为参考点。波兰勒特（j. planert）等人曾对45种常用外科手术器械和病人体内植入物在1.5t磁体附近受到的磁力进行了研究。根据测量结果，他们将常用金属器械分为弱磁性（包括非磁性）、中等磁性和强磁性三类，它们在磁场中受到的磁力分别为0～0.2n、0.2～1.0n和1.0n以上。其中弱磁性器械只占受检器械总数的31％（仅5％为非磁性），而中等磁性和高磁性的物体分别占据了总数的36％和33％。上述分类对于正确认识投射效应的危害性具有指导意义。但是，分类本身并不能代表物体潜在的伤害程度。例如，如果将磁力并不大但很锋利的手术刀带至磁体附近，其投射效应带来的危险性并不亚于其它磁力较大的物体。
    不同形状的投射物在向磁体靠近的过程中还会受到一种力矩的作用，称为磁扭矩。根据波兰勒特等人的研究，物质的磁性还可以根据它在磁场中受到的扭矩大小而分类。他们确定的三类物质的磁扭矩分别为0～0.2n·cm（弱磁性）、0.2～1.0n·cm（中等磁性）和1n·cm以上（强磁性）。

[center]三、常见铁磁性投射物[/center]
    在mri的磁场中，一切铁磁性物体都可能成为投射物而造成伤害。典型的铁磁性物质往往含有铁的成分，但镍和钴等元素也具有较强的铁磁性。它们同样可以成为铁磁性投射物。显然，磁性越强的物体，其投射效应就越明显。
    mri磁体附近可能出现的铁磁性投射物主要有外科手术器械、氧气瓶、医疗仪器（尤其是各种监护仪器）、担架、轮椅以及受检者随身携带的各种金属物品等。小刀、金属拉链、金属钮扣、指甲刀、钢笔（圆珠笔）、钥匙、硬币、饰物、发卡、手表、打火机、手机、传呼机、助听器等是最容易被病人误带入磁体室的随身铁磁性物体或金属物品。需要注意的是，非铁磁性金属物品虽然不产生投射效应而造成某种伤害，却能形成金属伪影而干扰图像。
    如果误将强铁磁性的氧气钢瓶推入磁体室，则发生灾难性事故的可能性是存在的。因为在投射效应的作用下，氧气钢瓶将以一定的加速度“飞”向磁体。该加速度足以使钢瓶上的气阀损坏而造成氧气的泄漏。这时mri系统的破坏是肯定的，且有发生爆炸的可能。
    大部分军用器械都是铁磁性物质，如枪械、钢盔等。有人对6种小口径步枪在1.5t磁场中的安全性进行了研究，证明它们在距离磁体几英尺之外均受到磁体强大的吸引力。在将它们从磁体中心向外拉的过程中，发现两种枪支出现可重复性击发，而这种击发不是击锤动作的结果，而是强磁吸引力直接作用于扳机所致。原文作者推测，如果手枪不是放入磁体，而是在投射效应的作用下“飞”向磁体，则每种误入磁体室的手枪都有走火的可能。
    总之，为了防止铁磁性投射物对机器和人身安全的威胁，mri室应建立一整套安全防范措施。例如，磁体室维修作业必须使用专门的无磁工具，并注意铁磁性工具和无磁工具不能混放；每次重新励磁前都要详细清理现场，以免遗留铁磁性物质；在磁体室入口处设置明显的警示标志等。

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[center]第二节  体内植入物[/center]

    不仅磁体附近的铁磁性物体会因投射效应而造成某种程度的伤害，mri受检者体内的各种铁磁性物体也会在磁力和磁扭矩的作用下发生移位或倾斜。此外，mri的射频电磁波还有可能使植入体内的某些电子设备失灵。下面详细讨论上述体内金属异物及植入物的安全性问题。

[center]一、体内植入物[/center]
    体内植入物泛指通过各种渠道进（置）入体内并长期驻留体内的异物（包括某些具有特殊功能的机械或电子器件）。弹片、铁砂、假牙、动脉夹、人工髋关节、人工股骨头、人工血管、心脏起搏器或除颤器、人工心脏瓣膜、人工耳蜗、神经刺激器、骨增长刺激器、植入性药物泵、探查电极、避孕环或其它宫内节育器等是最常见的体内植入物。根据体内植入物在磁场中的表现，一般可将其分为铁磁性和非铁磁性两大类。非铁磁性植入物又有金属性和非金属性之分。
    体内具有非铁磁性植入物的患者是可以接受mri检查的。但是，如果这类植入物为金属性，它可在图像中导致严重的金属伪影。而植有铁磁性植入物的病人一般来说是不宜接受mri检查的，除非有资料表明该铁磁性植入物在磁场中的倾斜程度或位移都很小。
    随着生物材料和生物医学工程技术的高度发展，体内植入物的种类日益增多。有专家建议，为了保证mri设备和受检者的安全，有必要在任何生物材料和植入产品上标明其mri兼容性，同时提倡使用非铁磁性材料生产各种人工生物替代品。在此之前，应对现有植入物的磁特性作出评价，以便给临床mri检查提供参考资料。
    已有很多人对各种体内植入物、植入材料及器件的静磁场特性（磁扭矩、磁吸引力等）进行了研究，并有大量文献发表。谢洛克(f. g. shellock）等人对来自80多个研究报告的结果（使用的静磁场为0.147～4.7t）进行了归纳整理，从而以列表的形式给出了多达338种常用植入物的磁特性（原文载于1993年第189卷的“radiology”杂志，587～599页）。这些植入物可分为动脉瘤钳、止血钳、活检夹、劲动脉血管夹、牙科材料、人工心脏瓣膜、血管支持物、眼内植入物、耳内植入物、矫形外科植入物、导管等类。谢洛克等人的资料表明，大约有1/3的体内植入物将在静磁场中发生偏移或移位。由此可见，体内植入物也是mri安全性的重要方面。
    除此之外，谢洛克还对那些虽然是铁磁性的，但在磁场中位移很小或所受磁力并不大的植入物做了特别说明，指出具有这类植入物的患者是可以接受mri检查的。因此，一概将铁磁性植入物看作mri禁忌症的观点并不一定全面。需要指出的是，他们所列举的生物材料或植入物多为美国市场上的产品，而我国自制的产品目前还没有详细的观察资料。

[center]二、体内植入物的安全性[/center]
    mri对铁磁性体内植入物的影响主要表现在以下几个方面：1.位置变化。即在静磁场的强磁力及磁扭矩作用下体内植入物的转向或移位。2.功能紊乱。也就是电子植入器件受到射频场的干扰而失去全部或部分功能。3.区部温升。是指扫描时过大的梯度场感应电流使植入物发热的现象。上述影响可造成某种程度的生理损伤，如机械移位将导致组织拉伤和内出血、区部温度升高有可能使组织灼伤等。因此，在对病人体内植入物的磁特性还缺乏了解的情况下，进行mri检查必须非常慎重，否则有可能造成不堪设想的后果。例如，如果强磁场使脑动脉瘤治疗中放置的动脉夹移动甚至脱落，问题就非常严重。
    现代心脏起搏器是一种植入式（一般埋于皮下)电子刺激器件，用于产生异常心脏所需的兴奋脉冲。其输出电极直接刺激心肌，以维持心脏的正常节律。它常用不锈钢外壳封装，其质量在50～70g之间。静磁场和rf场都可能干扰人工心脏起搏器的正常工作。但是，由于心脏起搏器的种类很多、性能各异，它在mri扫描时受影响的程度和表现也就大不相同。总起来说，mri使心脏起搏器失效或停搏的原因可归结为位置移动、继电器闭锁或损坏、探测回路失灵、程序紊乱、异步操作模式禁止、电磁干扰过大以及引线感应电流的冲击等。此外，起搏器的电极引线如同一根天线，在梯度场和/或射频波的作用下可感应出相当大的电流，引起房颤、室颤或灼伤心肌的危险性是存在的。
    人体内的良导体植入物也非常有害。这是应为它不仅能在梯度场的作用下感应出电流，也能在人体进入磁场时通过其相对运动（切割磁力线）而产生电流。当这种植入物内的感应电压足够大，且当它与另一导体距离很近时还可能产生电弧放电。在美国，感应电流造成病人伤害的报告已经时有所见。
    在动物眼内放入0.1mm×0.1mm×0.1mm～3.0mm×1.0mm×1.0mm范围内的若干金属异物进行实验的结果表明，2.0t的磁场中只有大小为3.0mm×1.0mm×1.0mm的异物发生了旋转运动，但并不造成损伤。因此，只有足够大的金属异物才会导致生理损害，而这种规格的异物用普通的x线检查术完全可以发现。
    除了上述潜在的损害以外，金属植入物（铁磁性或非铁磁性）还使局部磁场的均匀性发生改变，以致于因破坏组织的物理位置与频率的关系而扰乱图像，形成所谓

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[center]第三节  梯度场噪声[/center]
    mri装置的音频噪声可分为静态及动态两种。静态噪声是由于磁体冷却系统即冷头（对于超导磁体）的工作而引起的噪声，这种噪声一般比较小。动态噪声是指扫描过程中由于梯度场的不断开启或关闭而形成的。由于主磁场的存在，梯度线圈工作时将产生很强洛仑兹力，使线圈载体在梯度场转换期间发生剧烈振荡，从而产生扫描时的特殊噪声。系统的静磁场越高、梯度上升速度越快或梯度脉冲的频率越高，它发出的噪声就会越大。因此，mri设备的噪声主要指动态噪声即梯度场噪声。
    在1.0～2.0t的主磁场下，当所用梯度场达到25mt/m时，它所产生的扫描噪声可高达110db（a模式）。这种噪声不仅影响医患之间的通话联络，还可对受检者造成一定程度的心理或生理伤害。心理伤害是指病人恐惧心理的加剧，而这种恐惧是癫痫和精神幽闭症的诱发因素。梯度噪声的生理伤害主要表现为暂时性（可逆性）听力下降。更严重的是，对于那些噪声高度敏感型病人，造成永久性听力损害或其他精神效应的可能性是存在的。在epi及各种运用复杂梯度波形的超快速成像技术中，梯度噪声的危害更大。为此，英国卫生部于1993年制定了“临床用磁共振诊断设备安全性指导原则”。该原则要求对于噪声超过85db（a模式）的扫描，需采取一定的听力保护措施来保证受检者的安全。
    因此，mri的噪声（梯度场噪声）也是一个不能忽视的安全性问题。解决这一问题最简单的办法就是使用耳塞或其它声阻器材。能有效降低梯度噪声的阻声或吸音材料以及其它的降噪方案都在研究之中。

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[center]第四节  孕妇的mri检查[/center]
    孕妇接受mri检查的安全性实际上是胎儿发育是否受强磁场（包括静磁场和梯度场）以及射频场影响的问题，即mri是否有致畸作用的问题。但是，到目前为止，有关致畸作用的研究进行得还不够深入。尽管还没有足够的证据认为mri对胎儿存在不良影响，但mri检查对妊娠妇女的安全性仍然是一个有争议的话题。为此，美国fda至今未对孕妇（胎儿）、婴幼儿接受mri检查的安全性作出明确规定。英国nrpb仅建议“在妊娠的头三个月谨慎使用”（1983年）。
    在取得大量的临床安全性资料之前，孕妇的mri检查应谨慎进行。这主要是基于以下两方面的考虑。一是从理论上分析，至少mri的电磁场可通过多种途径对发育中的胎儿产生生物效应；二是正在分化中的细胞极易受到许多生理因素的干扰而遭破坏（胎龄在三个月内的胎儿正好处于这样一个敏感阶段）。
    除了妊娠妇女接受mri检查要慎重权衡利弊之外，孕期的工作人员对mri电磁场的接触也应受到限制。一般说来，她们的活动范围要尽量在1mt线（10g线）以外，以避免接受mri产生的小剂量慢性辐射。

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[center]第五节  不良心理反应及其预防[/center]
    在mri检查中，由于受检者所处的磁体空洞比较狭小，加之梯度场噪声的干扰，有些病人就可能出现焦虑、恐慌及情绪低落等心理反应，重者诱发精神幽闭症。mri受检者的上述不良反应一般很短暂，但是经常导致检查延缓甚至失败。为此，需要采取以下措施来降低其发生率。
1.事先向病人讲解mri检查的特殊性，如磁体空洞的大小以及梯度场的噪声水平等。
2.允许被检者的亲属或朋友进磁体室陪同。
3.改变体位：如仰卧位改为俯卧位、头先进改为脚先进等。
4.提供mri兼容耳机并播放音乐。
5.在磁体空洞内或头线圈上设置镜片或反光镜，以分散病人的注意力。
6.扫描中同病人保持对讲等某种类型的通讯联系。
开放型的磁体结构可以有效减少心理相关障碍的发生率。

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[center]第六节  生理信号监测[/center]
    生理信号监测是保证危重病人安全和实施门控扫描的重要手段。最常用的生理信号有ecg和呼吸波。除此之外，在监护病房或手术室中观察的其它生理参数，如心率、呼吸率、血压、脉搏波、体温和氧饱和度等在mri扫描过程中都可继续观测。对于施用过镇静剂的病人、麻醉病人、昏迷病人以及其他类型的危重病人，在mri扫描过程中必须进行生理性监测。
  成功实施监控的关键是具备可在一定磁场场强下正常工作的监测设备。具有铁磁性元件（如变压器、金属机壳等）的仪器在中场和高场的mri系统附近都会都到很大的磁吸力。为了避免投射效应的发生并保证设备的正常工作，监测仪器一般要远离磁体放置。例如，对于1.5t的磁体，3m以上的距离是需要的。如果静磁场使监视器或阴极射线管的扫描线发生扭曲，还可以用转动其方向的办法使其得到改善。除了静磁场的影响之外，有些监视器还将受到rf波或梯度场的干扰。在这种情况下，只有延长传感器连线，并将所用仪器移至磁体室外。
    ecg是门控成像和生理性监测中经常用到的信号。但是，静磁场、梯度磁场以及rf电磁场都会对其产生干扰，使ecg波形变坏。通过复杂的滤波技术可大大减轻上述干扰，但静磁场所致的t波抬高现象却不容易克服。当t波幅度高于r波时，就有造成错误触发或显示出错误心率值的可能。提高ecg波形质量的措施有：使用特殊的滤波器、使用非金属电极、使用金属含量很低的或绞合的导线、重新布置电极等。

yxwsd

谢谢楼主，长见识了！

rongzhangyile

谢谢楼主

zhangkai

辛苦了，谢谢！

lihua860

谢谢你
长知识了！