Eksponeringer fra MRI

Transkript

1 Radiografuddannelsen 7. semester Bachelorprojekt 4. eksterne prøve Statisk magnetfelt Radiofrekvente felt Gradient magnetfelt Eksponeringer fra MRI Af Morten Bjerregaard Nielsen - Hold 61 Professionshøjskolen Metropol, København d. 4. januar 2010 Vejleder: Rikke Vinterberg Anslag i alt: Projektet må udlånes af Radiografuddannelsen, København

2 Abstrakt Exposures from MRI Eksponeringer fra MRI Formål: Via et litteraturstudie vil jeg tydeliggøre, hvilke eksponeringer og eksponeringsgrænseværdier der er i forbindelse med en MRI undersøgelse, og derigennem disses konsekvenser for patienter og personale. Samtidig vil jeg tydeliggøre de 3 elektromagnetiske felters, det statiske magnetfelt, radiofrekvente felt og gradient magnetfeltets samhørighed med spørgsmålene i MRIsafetys screenings form (kontrolskema), dette mht. at tydeliggøre baggrunden for kontrolskemaet spørgsmål. Metode: Empirien til opgaven er et litteraturstudie, dvs. at jeg henter kvantitative og kvalitative data fra andres empiri. Litteraturstudiet er ifm. med opgaven en struktureret søgning på emnerne, eksponeringsgrænseværdier, ikke-ioniserende stråling og disses konsekvenser. Litteraturen findes vha. bibliotek, internet og videnskabelige artikler og review. En væsentlig søgningskilde er det fundne litteraturmaterialets egne videnskabelige henvisninger til litteratur, det gør søgningen selektivt og emnerelateret. Konklusionen: I Danmark følger vi anbefalingerne fra The international commission on non-ionizing radiation protection (ICNIRP) for patienter og personale. Dette betyder, at der indenfor de 3 elektromagnetiske felter findes i alt 6 eksponeringsgrænseværdier ifm. ikke-ioniserende stråling indenfor MRI. Patienter og personale som udsættes for eksponeringer fra de 3 elektromagnetiske felter i nærheden af det homogene billede område (DSV) kan i større eller mindre grad opleve kvalme, svimmelhed, flimren for øjnene, metalsmag, følelsen af at falde, nervestimulering, loops brandmærker og skoldning. Patienter og personale som ikke befinder sig i DSV mærker kun eksponeringen fra det statiske magnetfelt. Ved bevægelse (fx lejebevægelse for patienten og til/fra scannerbevægelse for personalet) kan der opleves kvalme, svimmelhed, flimren for øjnene, metalsmag, følelsen af at falde og nervestimulering. Også spørgsmålene fra MRIsafety.com ifm. deres screenings form (kontrolskemaet) bliver tydeliggjort i opgaven.

3 Underskriftsblad Jeg erklærer herved på tro og love, at jeg ikke i denne opgave udgiver andres arbejde for at være mit eget, eller at jeg har skaffet mig uretmæssig hjælp til besvarelsen af opgaven jf. Bekendtgørelse nr. 782 af 17. august 2009 om prøver og eksamen i erhvervsrettede uddannelse 19. Morten Bjerregaard Nielsen

4 Forkortelser AT... Arbejdstilsynet CENELEC... European Committee for Electrotechnical Standardization CNS... Centralnervesystemet COCIR... European Radiological, Electromedical and Healthcare IT Industry DRCMR... Danish Research Centre for Magnetic Resonance DS... Dansk Standard DSV... Homogene billede område DTU... Danmarks Tekniske Universitet ELF... Ekstrem lavfrekvente felter EMC... Elektromagnetisk kompatibilitet EMF... Elektromagnetiske felter EU... Europaunionen ICNIRP... The International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection IEC... International Elektroteknisk Kommission ILO... Internationale Labour Organisation IMRSER... The Institute for Magnetic Resonance Safety, Education and Research ISMRM... The International Society for Magnetic Resonance in Medicine MR... Magnetic resonance MRI... Magnetisk Resonans Imaging PNS... Periferier nervesystem RF... Radiofrekvens RUC... Roskilde Universitet SAR... Specific Energy Absorption Rate SIS... Statens Institut for Strålebeskyttelse SNR... Signal Noise ration SST... Sundhedsstyrelsen WHO... World Health Organization

5 Indholdsfortegnelse 1. Indledning Problemstilling Afgrænsning og problemformulering Afgrænsning Problemformulering Nøgleord Metode Læsevejledning Litteraturvalg Bøger og webportaler Komitéer, love og bekendtgørelser Diverse artikler mv Problembehandling Statiske magnetfelt Radiofrekvente felt Gradient magnetfelt Resumé og delkonklusion Diskussion Konklusion Perspektivering Litteraturliste Bilagsfortegnelse Forsidebillede MRI modalitet (Keevil 2008; s. 4)

6 1. Indledning Da jeg som studerende lærer om Magnetisk Resonans Imaging (MRI), bliver jeg hurtig klar over, at det er en teknisk spændende, og yderst kompleks modalitet. MRI s målemetode bygger grundlæggende på den vigtige betydning af en systematisk og organiseret styring af de 3 elektromagnetiske felter; Statiske magnetfelt, Radiofrekvente felt og Gradient magnetfelt. MRI modalitetens målemetode er altså ikke bare én stor magnet, men består sammenhængende af 3 grundlæggende elektromagnetiske felter, der hver især og indbyrdes danner rammen, for at kunne danne et billede, som vi forstår. (Keevil 2008; s. 4). Vi studerende bliver ofte gjort opmærksom på strålingsrisikoen ved ioniserende stråling, og dermed evt. stokastiske skader. Derimod hører vi næsten intet om ikke-ioniserende stråling, som er den form for stråling der er ved MRI. Det som vægtes ved MRI, er de umiddelbare farer for patienten. The International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM) og the Institute for Magnetic Resonance Safety, Education and Research (IMRSER) (Westbrook 2006; s. 330) har udarbejdet en guideline med spørgsmål, som bør afklares med patienten før undersøgelsen. Spørgsmålene er formuleret i et kontrolskema (bilag 1). På de danske hospitaler bruges denne guideline aktivt i en for hvert hospital individuel oversættelse. Sikkerheden som kontrolskemaet skal være med til at skabe for patienten, begynder allerede når patienten udspørges af lægen ved visiteringen og senere af radiografen ved undersøgelsen. Kontrolskemaet besvares i øvrigt også af alle nye medarbejder på en MR afdelingen (MRIsafety 2009a). Spørgsmålene er baseret på viden om de elektromagnetiske felter, men viden om biologiske og psykologiske emner berøres også i kontrolskemaet bl.a. graviditet og klaustrofobi. Derudover er der sparsom information om, hvordan eksponeringen af de elektromagnetiske felter kan påvirke patienter og personale. Ved en MRI scanning kan der blive udløst en Specific Energy Absorption Rate (SAR) alarm. Den udløses når eksponeringsgrænseværdier for det radiofrekvente felt overskrides. Da dette felt kun udgør ét af de 3 elektromagnetiske felter, har SAR alarmen fået mig til at tænke på, hvad det egentlig er for eksponeringsgrænseværdier, som udløser den, og om der findes grænseværdier for de 2 andre elektromagnetiske felter. 6

7 2. Problemstilling Ved en MRI undersøgelse på humant væv er vand den dominerende komponent, vi får signal fra, idet vand udgør ca % af vores krop (Hanson 2009; s. 7). Helt specifik er det brint/hydrogenets (H) atomkerne der måles på, vand består af 2 brintatomer og hele kroppen indeholder et svimlende stort antal brintatomer ca (Hanson 2009; s. 8). MRI s målemetode bygger grundlæggende på de 3 elektromagnetiske felter (Keevil 2008; s. 4): Statisk magnetfelt (B 0 ) Radiofrekvente felt også (B 1 ) Gradient magnetfelt (db/dt) MRI s målemetode afhænger af timingen og størrelsen af de felterne, og det er derfor nødvendigt at forstå hvert enkelt felts rolle. Det statiske magnetfelts (B 0 ) funktion ifm. MRI s målemetode er, at få protonernes spin i vævet, der undersøges, til at orientere sig i parallel lav energi (N p ) og antiparallel høj energi (N a ) (Westbrook 2006; kap. 1). Jo højere det magnetiske felt er, jo større bliver forholdet mellem antiparalleller og parallelprotoner, dette forhold kan beregnes vha. Boltzmanns ligning: Np Na E e K Temp, hvor - E er energiforskellen mellem energiniveauerne, Temp er temperatur i kelvin, K er Boltzmanns konstant (formel 1) Figur 1 Np og Na som funktion af B0 (Westbrook 2006; s. 7) og (Rinck et al 2001; s. 12) Overskud af Np protoner kaldes excess protoner, og det er dem, som giver RF signalet til modtagerantennen. Med andre ord jo højere B 0, jo flere signalgivende protoner og dermed bedre signal, dette kaldes også netto magnetiseringsvektor. Protonerne vil i det kraftige B 0 felt begynde at præciserer om deres spin ved en bestemt ω, som er bestemt i Larmor ligningen: 7

8 B0, hvor ω = vinkelfrekvens (Hz) og B 0 (Måleenheden i det statiske felt hedder Tesla = T) er den magnetiske feltstyrke og λ er den gyromagnetiske forhold (MHz/T) (formel 2) Figur 2 - Præcision (Westbrook 2006; s. 8) og (Rinck et al 2001; s. 12) Det statiske magnetfelt er, som det eneste felt, tændt hele tiden, idet det er tidskrævende at lukke ned og op for den superledende funktion, som scannere >0,5 Tesla benytter sig af. Denne superledende tilstand opnås ved 4 Kelvin svarende til minus 269º Celsius, op og nedkøling af denne spole tager tid, derfor er den konstant tændt. Det er derfor særdeles vigtigt, at alt magnetisk fjernes fra patienten, udstyr og personale inden man kommer ind til MR scanneren. Der findes mange eksempler på uheld, hvor man ikke har været opmærksom på dette fx patienter med deres iltflaske, personale med sakse o.a. Udover disse, på en måde håndterbare risici, er der også biologiske effekter, som man har opserveret i forbindelse flere kliniske forsøg. Det man har set, er midlertidig og eksponeringsafhængig svimmelhed og kvalme ved eksponeringer fra 2 Tesla, dette er opserveret både på patienter og personale (Hartwig et al 2009; s. 1784) (ICNIRP 2009a; s. 507). Det Radiofrekvente felt tilføjer energi (Joule) til excess protonerne, hvorved man kan ændre protonernes magnetiske moment (dipol) retning. Et system som præciserer ved en bestemt ω, kan tilføjes energi ved at leverer et RF signal, som er lig med ω, altså i resonans. Hvis man sørger for, at excess protonerne absorberer nok elektromagnetisk energi fra RF signalet, kan denne specifikke tilførte energi give excess protonerne energi nok til at kunne løsrive sig fra B 0 feltets longitudinale orientering, og orienterer sig i det transversale plan (B 1 ) (Hanson 2009; s.5). Efter energitilføjelsen oplever man, at de enkelte magnetiske dipoler er i fase, og samlet set betyder det, at en volumenenhed med ensartede dipoler udsender den præciserende vinkelfrekvens (ω) som et transmitterende RF signal (Westbrook 2006; s ), (Hanson 2009; s. 11). Signalet opfanges med en frekvensselektiv modtagerantenne og forstærkes, for herefter at analyseres mht. amplitude-, frekvens- og fasekomponenterne. Indholdet i signalet er et vægtet signal på baggrund af variationerne i det humane vævs omgivelser, og der måles derfor ikke på én enkelt excess proton, men derimod på en samling ensartede excess protoner. Denne ek- 8

9 sisterende tilstand i det transversale plan er labil, idet den ensartede orientering modvirkes af vekselvirkninger med termiske fluktuationer og systemet føres tilbage til equilibrium (Hanson 2009; s 8) og til netto magnetiseringsvektoren. For at kunne udføre ovenstående, skal der sendes en RF puls ind i patienten. Et minimum af denne RF energi bruges til det egentlige formål, medens resten af energien absorberes af vævet og bliver til varme. Denne opvarmning er uundgåelig, og derfor har man oplevet temperaturstigning hos patienter ifm. MRI undersøgelser. Der er derfor i MRI systemet indbygget en SAR alarm. Alarmen udløses når eksponeringsgrænseværdien dvs. den forudbestemte Watt/kg overstiges, hvilket betyder, at der er fare for uhensigtsmæssig temperaturstigning (Schneider et al 1997; s. 119). Jeg har flere gange på mine klinikophold oplevet disse SAR alarmer, og samtidig også oplevet at der på de forskellige hospitaler kan være forskel på om, og hvornår de bliver udløst. Gradient magnetfeltet (db/dt) bruges til at bestemme beliggenheden af det modtagne RF signal. Ved at indføre magnetiske gradienter i det homogene B 0 felt, kan man styre frekvens og fase af det målte RF signal. Fase og frekvens er entydig orienteret til et bestemt rumligudbredelse og beliggenhed, dette er så vores MRI voxel (Westbrook 2006; s ). Disse gradienter kan ligge i alle retninger X, Y og Z se figur 3. Når man henter data fra det transmitterende RF signal, sendes det til K-space, hvor akserne er fase og frekvens. Opfyldningen af K-space afhænger af den ønskede opløsning, og en opløsning på fx 256 x 256, vil udløse 256 gradienter, hvor det transmitterende RF signal måles. Figur 3 - XYZ retninger (Westbrook 2006; s. 63) Opmærksomhed omkring dette felt er på genereringen af strømme- og spændingsgradienter i kroppen ifm. beskyttelse og påvirkning af centralnervesystemet (CNS) og det periferier nervesystem (PNS). Her er der ifm. undersøgelser og forskning set flere til- 9

10 fælde af svimmelhed og kvalme (ICNIRP 2009a; s. 506). Man skal være opmærksom på, at når man bevæger sig til og fra MR scanneren så er det statiske magnetfeltet afstandsafhængig, se figur 9, side 25. Det betyder, at egen bevægelse i det statiske magnetfelt, også kan give anledning til svimmelhed, kvalme og flimren for øjende (ICNIRP 2009b; s. 259). Med baggrund i den korte tekniske beskrivelse af de 3 elektromagnetiske felter, kunne der stilles følgende spørgsmål vedr. patienternes og personalets sikkerhed: Hvilken lovgivning er der for omkring grænserne for ikke-ioniserende stråling? Hvilke eksponeringsgrænseværdier er der for patienter og personale? Er det farligt at blive udsat for de elektromagnetiske felter? Hvilken information har patienten krav på? Når der i det følgende tales om eksponeringsgrænseværdier ifm. ikke-ioniserende stråling, så er der tale om foranstaltninger dvs. grænseværdier, som er indført af hensyn til beskyttelse af både patienter og personale mod de risici, der er forbundet med de elektromagnetiske felter. Når der tales om risiko og sikkerhed ifm. MRI undersøgelser, er det af stor betydning for patienten, at radiografen kan give en god og faglig information (Eide et al 2000; s ). At patienten faktisk også har krav på denne information fremgår tydeligt i lov nr. 546 af 24. juni (sundhedsloven), hvor det beskrives patienten har ret til at få information om sin helbredstilstand og om behandlingsmulighederne, herunder om risiko for komplikationer og bivirkninger (Lov nr. 546 af 24. juni 2005; kap. 5). Men udover information til patienten kan den også sikre, at undersøgelsen forløber hurtigt og effektivt, ved at patienten føler tryghed og bliver samarbejdsvillig. Radiografens begrundelse for at dette er væsentligt, er at undgå bevægelsesartefakter. For patienten kan der være mange begrundelser, men overordnet set giver utryghed eller angst udover u- behag, også en vis spænding i kroppen, der psykisk kan medfører uro og klaustrofobi, som i sidste ende kan betyde at undersøgelsen må afbrydes med konsekvens for patientens diagnose (Egidius et al 2001; s ). 10

11 Det har ikke været muligt, ved henvendelse til Sundhedsstyrelsen (SST) eller Statens Institut for Strålebeskyttelse (SIS), at få oplyst, hvilke eksponeringsgrænseværdier der findes indenfor MRI i forhold til patienten. Men på deres hjemmeside for strålebeskyttelse har jeg fundet et spørgsmål omkring grænseværdier for mobiltelefonantenner, hvor SST s svar er, at de grænseværdier der anvendes i Danmark er dem, der er udviklet af The International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) (SST 2009). Da mobiltelefonens udstråling fra det radiofrekvente felt hører under ikke-ioniserende stråling vælger jeg, at tolke SST s svar således, at det er ICNIRP s eksponeringsgrænseværdier for patienter der er gældende ved MRI undersøgelser. Radiografer der arbejder med modaliteter, som bruger ioniserende stråling, er underlagt røntgenloven fra 1930, som overordnet danner grundlag for lovgivningen indenfor dette område (Lov nr. 147 af 15. april 1930). Alle radiografer kender bekendtgørelse 975, som beskriver vores ansvar omkring ioniserende stråling, men da MRI ikke bruger ioniserende stråling i sit detektorsystem, er MRI ikke omfattet af røntgenloven. For personalet er det arbejdstilsynet (AT) i Danmark, der er den overordnede myndighed. Eksponeringsgrænseværdierne som de henviser til i deres vejledninger, følger de anbefalinger, som er givet af ICNIRP (AT-vejledning D ; s. 2). EU anser det for nødvendigt at indføre foranstaltninger til beskyttelse af personalet mod de risici, der er forbundet med elektromagnetiske felter. Derfor har de udarbejdet direktiv 2004/40/EF af 29. april 2004 også kaldet Elektromagnetiske felt (EMF) direktivet (EU Direktiv 2004). EU s rådgiver indenfor området er CENELEC som i deres målinger og beregninger benytter sig af anbefalingerne fra ICNIRP (CENELEC 2009). I direktivet skriver man: Med andre ord, indtil at CENELEC fremlægger deres standarder, så har medlemsstater- 11

12 ne lov til at benytte andre standarder. I Danmark har AT valgt at bruge de anbefalinger, som pt. foreligger fra ICNIRP (AT-vejledning D ) EU direktivet skulle have været implementeret i vores nationale lovning senest 30. april 2008, men dette er blevet udskudt til 30. april 2012, med følgende begrundelse for at kunne tage hensyn til resultaterne af nye videnskabelige undersøgelser om virkningen af grænseværdierne for erhvervsmæssig eksponering (EU 2008; s. 100), dette kan oversættes med, at de nuværende eksponeringsgrænseværdier i 2004/40/EF direktivet ville gøre det vanskeligt at bruge fx MRI scannere på sygehuse (Energinet 2008). Dansk Medicoteknisk Selskab (DMTS), har i en artikel beskrevet, hvilke konsekvenser de mener direktivet 2004/40/EF vil få over for personalet på følgende områder: monitorering og beroligelse af angste patienter, anæstesi, alle former for MR intervention, tilfælde af funktionel MRI, forskning og installation, service og vedligeholdelse af magneten. Udsagnene sker på baggrund af resultaterne fra en omfattende undersøgelse, som Prof. Stuart Crozier (Haack 2007; s ) har udført. Han konkluderer, at de eksponeringsgrænseværdier som er givet i 2004/40/EF direktivet for de fleste kombinationer af bevægelse og feltstyrke vil blive overskredet (Haack 2007; s. 16). Så derfor: En almindelig gå hastighed er ca. 5 Km/h svarende til 1,4 m/s, det vil dermed sige, at personalet skal udvise sløv og langsom adfærd ved og omkring scanneren, hvis eksponeringsgrænseværdierne i direktivet skal overholdes. Eksempelet henviser til det statiske felt, som pga. bevægelse bliver til et gradient magnetfelt. Tidligere har jeg været inde på SAR alarmen, derfor vil jeg i denne opgave se på alle de 3 elektromagnetiske felters eksponeringer og konsekvenser for både patienter og personale. Begrundelsen er, at, jeg i høj grad savner åbenhed og tydelighed omkring ikke-ioniserende stråling. 12

13 3. Afgrænsning og problemformulering 3.1 Afgrænsning Under problemstillingen har jeg været rundt om MRI s målemetode samt lovgivning og eksponeringsgrænseværdier i relation til sikkerhed for patienter og personale. Jeg er blevet overrasket over målemetodens kompleksitet, og hvad lovgivning og regler angår, havde jeg forventet, at det ville være nemt at finde de aktuelle referencer, men det har vist sig, at der er meget få MRI referencer indenfor ikke-ioniserende stråling. Mit arbejde med problemstillingen har udløst mange mulige fokusområder, men jeg vælger, at afgrænse min opgave til, med udgangspunkt i de elektromagnetiske felter, at undersøge og beskrive de gældende eksponeringsgrænseværdier for både patienter og personale indenfor MRI. Da der også findes eksponeringsgrænseværdier indenfor andre områder af MRI fx temperatur, støj og arbejdsmiljø, skal det præciseres, at jeg i denne opgave kun vil undersøge og beskrive eksponeringsgrænseværdierne indenfor de elektromagnetiske felter. Mit argument for at vælge dette fokusområde er, at tydeliggøre og skabe forståelse for de elektromagnetiske felters påvirkninger og dermed eksponeringsgrænseværdierne indenfor ikke-ioniserende stråling, da jeg mener at der mangler fokus på dette område. 3.2 Problemformulering Hvilke eksponeringsgrænseværdier og hvilke konsekvenser er der for patienter og personale i forbindelse med ikke-ioniserende stråling indenfor MRI, og hvordan kan man tydeliggøre den ikke-ioniserende stråling i kontrolskemaet? 3.3 Nøgleord Ikke-ioniserende stråling får i opgaven synonymet felter, da ordet stråling normalt kun bruges ved frekvenser over 300 MHz (Schneider et al 1997; s. 114). Felterne i opgaven er statisk magnetfelt, det radiofrekvente felt og gradient magnetfeltet. Eksponering = være udsat for elektromagnetiske felter. Eksponeringsgrænseværdier = grænser for eksponering for elektromagnetiske felter, 13

14 der er baseret direkte på konstaterede helbredsvirkninger og biologiske overvejelser (EU Direktiv 2004). Kontrolskema = Fra MRIsafety, det er guldstandard for hvad der bruges (MRIsafety 2009a). 4. Metode Formålet med opgaven er, via et litteraturstudie, at tydeliggøre, hvilke eksponeringer og eksponeringsgrænseværdier der er ifm. en MRI undersøgelse, og derigennem også disses konsekvenser for patienter og personale. Samtidig vil jeg belyse de 3 elektromagnetiske felters samhørighed med spørgsmålene i kontrolskemaet, dette for at tydeliggøre baggrunden for kontrolskemaet spørgsmål. Positivisme og hermeneutik er to videnskabelige grundholdninger, som på en måde er modsatrettede. Positivisme er i det naturvidenskabelige område, her ønsker man at få en forståelse og forklare emnet ved at skille det i mindre dele, det kalder man reduktionisme. Hermeneutikken er en fortolkningsvidenskab, hvor man ønsker at forstå emnet ved at se på de sammenhænge, hvori emnet indgår, det kalder man holisme (Frandsen et al 2002; s ). Figur 4 - Reduktionisme og holisme (Frandsen et al 2002; s. 27) Dette er en ren teoretisk opgave, hvor jeg bruger MRI teori fra bøger, artikler og Webportaler, hermed bruger jeg andres kvantitative og kvalitative data. Eksponeringsgræn- 14

15 seværdier for patienter og personale hentes fra ICNIRP. Derfor er det i stor udstrækning en naturvidenskabelig opgave, men det kan ikke undgås, at min egen fortolkning af anbefalingerne fra ICNIRP kommer ind over opgaven, altså en snert af den hermeneutiske videnskabelige vinkel. Teorien hentes udover MRI området også fra det elektrotekniske og det biologiske område, for derigennem at kunne beskrive de elektromagnetiske felters påvirkning elektrisk som biologisk. For at kunne besvare problemformuleringens spørgsmål, er teoriens formål overordnet at give baggrundsviden til at forstå og bruge eksponeringsgrænseværdierne omkring de elektromagnetiske felter, og derved være opmærksom på evt. konsekvenser for patienter og personale, operationsområdet for patienter beskrives, samt at kontrolskemaet tydeliggøres med teorien for de elektromagnetiske felter. Empirien til opgaven er et litteraturstudie, dvs. at jeg henter kvantitative og kvalitative data fra andres empiri, dermed eksponeringsgrænseværdier og konsekvenser. Litteraturstudiet er ifm. opgave en struktureret søgning på emnerne, eksponeringsgrænseværdier, ikke-ioniserende stråling og disses konsekvenser (Dahler-Larsen et al 2001; s. 27). Litteraturen findes vha. biblioteket, internettet og videnskabelige artikler/review, søgning på Pubmed.com, Scirus.com. En væsentlig søgningskilde er det fundne litteraturmaterialets egne videnskabelige henvisninger til litteratur, det gør søgningen selektivt og emnerelateret. Empirien i litteraturstudiet bruges ifm. opgaven til at kunne besvare spørgsmålene i problemformuleringen, her tænker jeg på de elektromagnetiske felters påvirkninger, eksponeringsgrænseværdierne indenfor det ikke-ioniserende stråling område, deres konsekvenser og tydeliggørelse med at besvare og finde eksponeringsgrænseværdier. 4.1 Læsevejledning Kapitel 5 problembehandling, har fire underkapitler: statiske magnetfelt, radiofrekvente felt, gradient magnetfelt og resume/delkonklusion. I starten af problemfeltet er en kort introduktion til disse, samt MRIsafety Magnetic Resonance (MR) procedure screening form for patients (MRIsafety 2009a) og missile effekt (MRIsafety 2009b). 15

16 Afsnit 5.1, 5.2 og 5.3 belyser de enkelte elektromagnetiske felter. Metoden til belysning i de enkelte afsnit er ens, dvs. først teori, derefter hentes vha. litteraturstudiet de empiriske kvantitative data omkring eksponeringsgrænseværdierne som indsættes i tabelform. Herefter findes ud fra litteraturstudiet de empiriske kvalitative data for de enkeltes elektromagnetiske felters konsekvenser for patienter og personale. Ifm. kontrolskemaet vurderes det enkelte elektromagnetiske felt mht. spørgsmålene. Afsnit 5.4 er et resume og en delkonklusion af afsnit 5.1, 5.2 og 5.3. Jeg vil vise, hvor de forskellige eksponeringsgrænseværdier findes og i hvilke tabeller, samt vise eventuelle forskelle på eksponeringsgrænseværdier mellem patienter og personale. Jeg vil også konkludere på de elektromagnetiske konsekvenser. Kapitel 6 er diskussionen for opgaven. Der diskuteres omkring SST s rolle eller manglende rolle ifm. ikke-ioniserende stråling. Kontrolskemaets brug ifm. information til og fra patienten om MRI undersøgelsen bliver ligeledes diskuteret. 4.2 Litteraturvalg Mit valg af litteratur i opgaven er grundlæggende faglitteratur, videnskabelige artikler og forskellige standarder, MRI portaler på internettet, bekendtgørelser og lovbestemmelser omkring MRI og de elektromagnetiske felter. For sikring af validitet af litteraturen, findes det nyeste tilgængelige forskningsmateriale fra anerkendte nationale og internationale videnskabelige artikler, herunder også eksponeringsgrænseværdierne for patienter og personale. Den teoretiske litteratur omkring de elektromagnetiske felters fysik kan dog være af ældre dato (over 10 år), da dette er velkendt og dokumenteret viden. Under hvert valg af litteratur vil jeg beskrive argumentet for det enkelte litteraturvalg og validerer instituttets, organisationens eller om muligt forfatterens videnskabelige lødighed. Samtidig vil jeg for overskuelighedens skyld inddele litteraturen i: 16

17 Bøger og webportaler Komitéer, love og bekendtgørelse Diverse artikler mv. Jeg vil ifm. litteratur fra ICNIRP og andre videnskabelige komitéer og organisationer fæste min lid til disses videnskabelige validitet, og derfor ikke redegøre for de enkelte forfatteres videnskabelige lødighed, men stole på at komitéerne og organisationerne hæfter for dette. På samme måde opfatter jeg indhentning af videnskabelige artikler hentet på Danmarks Elektroniske Fag- og Forskningsbibliotek (DEFF), her er de enkelte fagtidsskriftsudgivere garant for den videnskabelige validitet. Pga. litteraturens store omfang i opgaven, har jeg valgt at inddele litteraturen i en primær og en sekundær litteratur. Inddelingen er sket på baggrund af antallet af henvisninger og selve litteraturens vægtning ifm. opgaven. Den primære litteratur beskrives her i afsnittet, mens den sekundære litteratur beskrives i bilag 3. Ved hver litteratur er afsluttet med referencen som bruges i opgaven, denne er markeret med kursiv skrift Bøger og webportaler Primær litteratur: Bogen Introduktion til teknikken bag MR-skanning bruges til beskrivelse af den MRI fysiske del, mht. spin, dipoler, B 0 og B 1 felter, med minimum benyttelse af matematik og fysik gengives den komplekse MRI teori på en let forståelig måde. Forfatteren Lars G. Hanson er M.Sc. i fysik, og har en Ph.d. i kemi. Han har bl.a. i mange år arbejdet og været leder for Danish Research Center for Magnetic Resonance (DRCMR) på Hvidover Hospital, og er derudover også Lektor på Danmarks Tekniske Universitet (DTU). Bogen bliver flittigt benyttet på radiografuddannelsen og til lægers introduktion til MRI. Hanson Bogen Teknisk Arbejdshygiejne, Bind II bruges til grundlæggende kendskab til det radiofrekvente felt, nærfelt E og H felt, ekstrem lavfrekvente felter (ELF), absorption m. SAR, dette ud fra en arbejdshygiejnisk vinkel. Bogen er en antologi, hvor mange selvstændige fagfolk har været indover. Thomas Schneider er redaktør af bogen, som er ud- 17

18 arbejdet af Arbejdsmiljøinstituttet i Formålet er, at give en høj kvalitet til forståelse af arbejdsmiljøet ifm. uddannelse og det daglige arbejde, og henvender sig derfor til arbejdsmiljøprofessionelle i bedriftssundhedstjenesten og i arbejdstilsynet, til rådgivende ingeniører og arbejdsmiljøkonsulenter. Bogen egner sig til brug i ingeniøruddannelserne samt andre grund- og efteruddannelser. I opgaven bruges Kapitel 10 Radiobølger og ekstremt lavfrekvente felter skrevet af forfatter Jørn Skotte, der er M.Sc. Electrical Engineering og senior forsker på forsknings center for arbejdsmiljø. I kapitlet bruges kun det elektromagnetiske omkring det radiofrekvente felt, opremsning af eksponeringsgrænseværdier i dette kapitel bruges ikke. Schneider et al Bogen MRI in Practice giver MRI overblikket. Den går dog ikke i detaljer mht. de elektromagnetiske felter, men er god at støtte sig til, da den slavisk gennemgår MR teorien. Forfatterne Catherine Westbrook, Carolyn Kaut Roth og John Talbot har et solidt ståsted i det naturvidenskabelige. Alle er underviserer eller ledere for polytekniske institutter, og de har alle en kandidatuddannelse (M.Sc.). Bogen er undervisningsbog i radiografuddannelsen. Westbrook Sekundær litteratur: Bogen Rapportskrivning. Dahler-Larsen et al Bogen Elektronik Ståbi. Ebert et al Bogen Nyt psykologisk leksikon. Egidius et al Bogen Kommunikasjon i relasjoner. Eide et al Webportal Bevægelsen for miljøvenlig eltransmission Eltransmission Webportal Encyklopædi. Encyklopædi 2009a og Encyklopædi 2009b. Bogen Introduktion til psykologi. Frandsen et al Webportal The Basics of MRI Hornak Webportal MRIsafety. MRIsafety 2009a og MRIsafety 2009b. Bogen Magnetic Resonance in Medicine. Rinck et al Bogen Sociologi og modernitet. Sørensen et al Bogen Anatomi og fysiologi, Bind I. Voldum

19 4.2.2 Komitéer, love og bekendtgørelser The International Commission on Non-Ionizing Radiation Protections (ICNIRP) er EU kommissions officielle rådgiver når det gælder eksponeringsgrænseværdier (CENELEC 2009), det er anbefalingerne fra ICNIRP, som vi følger her i Danmark. ICNIRP er en international kommission, som består af 14 medlemmer. Der er 4 komitéer, som hver især varetager vurderinger af forskellige faglige områder: epidemiologi, dosimetri og optisk stråling. De modtager ingen finansiel støtte fra industrien, men derimod fra EU, World Health Organization (WHO) og den Internationale Labour Organisation (ILO). Også det tyske miljøministerium yder støtte til driften af sekretariatet, der er beliggende i München, Tyskland (SST 2009). Sundhedsstyrelsen (DK) Arbejdstilsynet (DK) EU (CENELEC, IEC, COCIR) ICNIRP Energinet (DK) (Klima og Energiministeriet) WHO Figur 5 Hvem henviser til anbefalingerne fra ICNIRP. Nationalt: Sundhedsstyrelsen (SST) - overordnede myndighed for patienter og personale. Arbejdstilsynet (AT) - overordnede myndighed for arbejdsmiljø. Energinet - en selvstændig offentlig virksomhed ejet af Klima- og Energiministeriet altså den danske stat. Energinet har ansvaret for energiforsyningssikkerheden. Internationalt: World Health Organization (WHO) - org. som overordnet følger sundheden på verdensplan. Europæisk Union (EU) - sammenslutningen af europæiske lande, herunder diverse standardiserings organer og sammenslutninger fra brancheorg. European Committee for Electrotechnical Standardization (CENELEC) er EU s organ for målestandarder bl.a. 19

20 indenfor elektromagnetiske felter. International Elektroteknisk Kommission (IEC), er et standardiseringsorgan som beskæftiger sig med elektriske og relaterede organer, det danske medlem er Dansk standard (DS). European Radiological, Electromedical and Healthcare IT Industry (COCIR), er sammenslutningen og koordineringen af MRI industri. Primær litteratur: Denne guideline Guidelines for limiting exposure to static magnetic fields er udgivet af ICNIRP, som er omtalt tidligere i afsnittet. I opgaven er den sammen med ICNIRP 1998 hovedkilder for eksponeringen ved det statiske magnetfelt. ICNIRP 2009a. Dette tillæg Amendment to the ICNIRP Medical magnetic resonance (MR) procedures: Protection of patients er et tillæg til ICNIRP ICNIRP 2009b. Denne anbefaling Medical magnetic resonance (MR) procedures: Protection of patients er udgivet af ICNIRP, som tidligere er omtalt i afsnittet. I opgaven bruges den som hovedkilde for eksponeringsgrænseværdier og konsekvenser for patienter. ICNIRP Denne guideline Guideline for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz) er udgivet af ICNIRP, som er omtalt tidligere i afsnittet. I opgaven bruges guidelinen som hovedkilde til eksponeringsgrænseværdier og konsekvenser for personalet. ICNIRP Sekundær litteratur: AT-vejledning D Ikke-ioniserende stråling. AT-vejledning D Fremvisningen fra CENELEC The role of standard in product safety: products and equipment emitting EMF. CENELEC Fremvisningen af standarden IEC fra COCIR. COCIR Energinet Forsigtighedsprincippet og grænseværdier (Energinet 2007) og Grænseværdier (Energinet 2008). Energinet 2007 og Energinet

21 EU beretning Den almindelige beretning om Den Europæiske Unions virksomhed i EU EU direktiv 2004/40/EF. EU Direktiv Standard IEC Medical electrical equipment particular requirements for the safety of magnetic resonance equipment for medical diagnosis IEC Lov Lov nr. 546 af 24. juni 2005 (Sundhedsloven). Lov nr. 546 af 24. juni Lov Lov nr. 147 af 15. april 1930 (Røntgenloven). Lov nr. 147 af 15. april Dokument fra 2009 Grænseværdier for mobiltelefon-antenner og notat fra 2007 vurdering af BioInitiative rapporten, begge fra SST. SST 2009 og SST Diverse artikler mv. Primær litteratur: Artiklen Biological effects of exposure to magnetic resonance imaging: an overview, bruges ved problembehandlingen og ved konsekvenserne. Artiklen er udgivet og godkendt af BioMedical Engineering Online. Formica Artiklen Er der en fremtid for MRI efter den 30. april 2008? bruges til at belyse arbejdstagers problemstilling ifm. arbejdsmiljøet ved MRI. Forfatteren Søren Haack er Cand.scient.med og medlem af Dansk Medicoteknisk Selskab. Haack Artiklen Calculation of electric fields induced by body and head motion in high-field MRI bruges i problembehandlingen til at beskrive bevægelse ifm. MRI. Artiklen er udgivet og godkendt af Journal of Magnetic Resonance. Liu Sekundær litteratur: Rapporten Forundersøgelse/risikovurdering vedr. forskningsprogrammet om ikkeioniserende stråling. Andersen Rapporten BioInitiative. Blackman et al Undervisningsmateriale MR sikkerhed. Haack Artiklen Biological effect and safety in magnetic resonance imaging: A review. Hartwig et al

22 Rapporten MRI and the physical agents (EMF) directive. Keevil Opgaven Magnet på kobberplade. Rasmussen Artiklen Review of patient safety in time-varying gradient fields. Schaefer Problembehandling Hvert elektromagnetisk felt gennemgås mht. teori, eksponeringsgrænseværdier, konsekvenser samt disses relation til kontrolskemaets spørgsmål. Spørgsmålene i kontrolskemaets er hentet på (MRIsafety 2009a). Kontrolskemaet er guldstandarden, og ligger derfor til grund for de kontrolskemaer som de danske hospitaler udarbejder. Kontrolskemaet indeholder udover de elektromagnetiske felter andre områder, derfor har jeg, for overskuelighedens skyld, valgt at vise de 12 spørgsmål som vedr. de elektromagnetiske felter, se figur 6: Figur 6 Kontrolskemaspørgsmål vedr. de elektromagnetiske felter 5.1 Statiske magnetfelt Det statiske magnetfelt bruges i MRI til at genererer excess protoner, jo højere B 0 jo flere excess protoner kommer der, signal noise ration (SNR) øges og derved kan tiden for en sekvens nedsættes (Westbrook 2006; s. 105). Jeg har ifm. denne opgave set B 0 op til 17 Tesla, dog ikke til klinisk brug. Det største felt, jeg har set benyttet klinisk, er på 3 Tesla. Sammenlignet er det naturlige magnetfeltet ved jordens poler 60 µt, i en 3 T 22

23 scanner, bliver vi altså udsat for gange større magnetfelt, sådan bare for at sætte det i perspektiv. Med begrundelsen På grund af usikkerheden over identificerede skadelige virkninger anbefales det, at grænseværdier skal opdeles i tre trin: (ICNIRP 2004; s. 207) (ICNIRP 2009b; s. 260). Derfor er der for patienter 3 forskellige operationsområder: Normalt operationsområde - Rutinemæssig MRI undersøgelse alle patienter. Kontrolleret operationsområde - Specifikke MRI undersøgelser uden for den normale drift interval, hvor ubehag og/eller skadelige virkninger for nogle patienter kan forekomme. En klinisk beslutning skal sørge for at afveje sådanne virkninger mod de forventede fordele, eksponering skal udføres under lægeligt tilsyn. Begrænset operationsområde - Eksperimental MRI procedurer, på et niveau uden for kontrolleret driftsområde, for hvilke særlige etiske godkendelse kan være påkrævet i betragtning af de potentielle risici. Operationsområderne er tænkt som en beskyttelse for patienterne, idet en overskridelse af eksponeringsgrænseværdien automatisk fører til et højere operationsområde, fx fra normal til det kontrollerede operationsområde. I praksis betyder det at radiografen kontakter lægen som informeres om undersøgelsen, og som herefter tager stilling til det videre forløb. De elektromagnetiske felters påvirkning er i eksponeringsgrænseværdierne beskrevet som elektrisk felt E-felt volt/meter (V/m), magnetisk felt H-felt ampere/meter (A/m), strømdensitet (strømtæthed) ampere/m 2 og db/dt, hvad disse begreber betyder, vil jeg kort beskrive. Alt afhængig af felternes størrelse, kan de påvirke CNS og PNS, som på den måde kan give patienten eller personalet ubehag i form af synsforstyrrelser og muskeltrækninger (Liu 2003; s. 99). Kilden til de elektriske og magnetiske felter er elektriske ladninger og strømme, se figur 7. En elektrisk ladning vil altid frembringe et elektrisk felt i nærheden, og tilsvarende 23

24 bevirker en elektrisk strøm, som er ladninger i bevægelse, et magnetfelt. Stationære forhold, dvs. elektriske ladninger, der ikke bevæges, og strømme, der ikke varierer i styrke, frembringer statiske felter i kildens nærhed. Varierer de elektriske ladninger eller strømme tidsmæssigt, fremkommer varierende felter, og disse giver anledning til udsendelse af energi fra kilden i form af elektromagnetiske felter (Schneider et al 1997; s. 114). Figur 7 - E-felt og H-felt (Schneider et al 1997; s. 114) Sagt med andre ord, E- og H-feltet beskriver energien i feltet. E-feltet kalder man den elektriske feltstyrke (E), som defineres ved elektrisk kraft (F) pr. ladningsenhed (q), E = F/q (Newton/coulomb) eller Volt/meter, det kræver arbejde og dermed energi at flytte en ladning fra ét punkt til et andet i et felt, se figur 8 (Encyklopædi 2009a). Figur 8 - Elektriskfelt mellem 2 ladninger, positiv til positiv og positiv til negativ (Encyklopædi 2009a) På samme måde kan H-feltet beskrives, idet Faradays lov fastlægger sammenhængen mellem det elektriske felt og det magnetiske felt. Loven beskriver, hvordan et elektrisk felt, rundt i en lukket sløjfe (f.eks. et stykke ledning), giver anledning til en magnetisk flux gennem kredsløbet. Sammenhængen virker også den modsatte vej (induktion), hvis den magnetiske flux gennem en sløjfen ændrer sig, giver det anledning til et elektrisk felt, dette er beskrevet i Maxwells ligning som Faradays lov (Encyklopædi 2009b). Man kan altså regne fra E-felt til H-felt og omvendt. Strømtætheden (J) A/m 2 kan ligeledes omformes vha. Maxwells ligninger vha. Ampéres lov og sidst men ikke mindst kan db/dt beskrives og omformes vha. Faradays lov (Formica 2004; s. 5-6). 24

25 For at kunne se påvirkningen af disse felter i eksponeringsgrænseværdierne for patienter og personale, er man nød til at omforme E-felt til db/dt. Denne omformning er beskrevet i en international standard fra IEC (IEC ), en standard som fabrikanterne skal overholde. Der er to formler, en der tager anterior - posterior (AP) orientering, og en der tager længdeaksen (Z) head foot (HF), ud fra en bestemt geometrisk ellipse og Faradays lov kan db/dt findes (IEC ; s ): For AP db dt E 0,16 (formel 3) og for HF db dt E, hvor E er E-feltet (formel 4) 0,1 Det statiske magnetfelt er, modsat de 2 øvrige felter, tændt hele tiden, hvilket for personalet betyder, at de ofte i løbet af en arbejdsdag befinder sig i eller omkring eksponeringszonen ved fx rengøring, betjening, opstilling, hente patienter o.a.. Ved bevægelse i det statiske magnetfelt, vil patienter og personale genererer strømme og spændinger i deres væv, i det man bevæger sig igennem et gradueret magnetfelt. I figur 9 kan man se feltets graduering omkring scanneren. Figur 9 - Udstrålingsdiagram fra en Phillips 3T Achieva (Haack 2009) 25

26 Bo (Tesla) Bachelorprojekt i radiografi For at illustrer hvor hurtigt det statiske magnetfelt falder, har jeg fra figur 9 hentet værdierne fra udstrålingsdiagrammet og vist dem som en enkeltlogaritmisk graf i figur 10. Her er B 0 (Tesla) en funktion af afstanden (m). Det skal understreges, at udstrålingsdiagrammet er fabrikatafhængigt. Magnetisk fluxtæthed (Tesla) ,1 0,01 Z-retning Y-retning 0,001 0,0001 Afstand i meter(m) Figur 10 B 0 som funktion af afstand Patienterne og personalets bevægelser i det statiske magnetfelt undersøges bla. af Prof. Stuart Crozier fra The university of Queensland. Han har udført flere undersøgelser med bevægelse for patienter (Liu 2003) og personalet (Haack 2007; s. 15, 17). Ifm. forsøget med patienter (Liu 2003), undersøgte han typiske bevægelsesmønster ved MRI undersøgelser og fandt, at der genereres strømme, som ligger tæt på nervestimulationens grænseområde/guidede værdier for ELF eksponering (Liu 2003; s. 105). I undersøgelsen ser han fx på patientens bevægelse på lejet til det homogene billede område (DSV) ved en 4 T scanner, og der måles strømdensiteten A/m 2 (J) (Liu 2003; s ). Ved lejehastigheden på 0,5 m/s blev der ved scanneren målt et spids elektrisk felt (E) til 1,8 V/m og en spids strømdensitet på 0,21 A/m 2 (Liu 2003; s ). E-feltets db/dt kan nu beregnes ud fra formel 4: db dt 1,8 0,1 18 db/dt En empirisk beskrivelse for sansegrænsen for patienter, er vist i nedenstående formel og beskrives senere i afsnit 5.3 (ICNIRP 2004; s. 208) som: 26

27 db / dt 20(1 0,36/ ) [T/s], hvor τ er pulsvarigheden i sekunder (formel 5) Eksemplet fra før: Patienten som ligger på lejet, bevæger sig med hastigheden 0,5 m/s, og inden patienten er i DSV, har patienten bevæget sig 1,5 m på lejet, svarende til en puls på 3 sekunder: db / dt 20(1 0,36 / 3) 22,4[T/s], og 80 % af denne sansegrænseværdi er normal operationsområde (mere om det i 5.3), dette svare til 18 db/dt, som man kan se af eksemplet fra foregående side, er lejehastigheden tæt på sansegrænsen. I noten i tabel 2, side 28 beskrives det i A/m 2, at grænsen for svimmelhed er estimeret til ca. 1T/s > 1 sek. (ICNIRP 2009b; s. 261), dette udtrykkes i formel 6: T s B L v (formel 6) hvor B er B 0 i DSV til 0 uden for lejet, og v er lejehastighed m/s samt L er lejelængde. Et eksempel kunne være en lejevandring på 1,5 m, lejehastigheden på 0,5 m/s og 1,5 Tesla, får man følgende: T s 1,5T 0,5m / s 1,5m 0,5 T/s Lejehastigheden kan efter denne regel godt sættes op, da den kun udviser 0,5 Tesla pr. sekund, men den vil ramme grænsen ved en 3 Tesla scanner! Patienter og personale eksponeringsgrænseværdier: Herunder vises eksponeringsgrænseværdierne for det statiske magnetfelt, både for patienter og personale. Tabel 1 beskriver feltstyrken i Tesla og tabel 2 beskriver gradient ved ELF for bevægelse i det statiske magnetfelt. 27

28 Tabel 1 - Eksponeringsgrænseværdier for det statiske magnetfelt (ICNIRP 2009b; s. 261), (ICNIRP 2009a; s. 510) Tabel 2 - Eksponeringsgrænseværdier for ELF (beskrives også i afsnit 5.3) (ICNIRP 2009b; s. 261), (ICNIRP 1998; s. 509) Konsekvenser: De konsekvenser som er beskrevet i litteraturen, og fundet signifikante (p<0,05) er fornemmelse for kvalme, svimmelhed og metalsmag ved eksponeringsværdier på 1,5 T til 4 T (Formica 2004; s. 4). Derudover er man på vagt mht. biologiske effekter, da udviklingen søger mod større statisk magnetfelter. I et forsøg med rotter, som i 10 uger befandt sig i et 9,4 T statisk magnetfelt, fandt man ingen skadelige eller uønskede biologiske effekter (Formica 2004; s. 4). For patienter gælder det, at gravide og spædbørn tilrådes kun at benytte det normale operationsområde svarende til max. 4 Tesla (ICNIRP 2009b; s. 261). For bevægelsesgenererede effekter er der rapporteret om følelse af at falde, lysglimt, metalsmag, muskeltrækninger (Liu 2003; s. 99). En yderligere konsekvens er missileffekten (eng. Hazard), som nok er den mest kendte, da alle kan forholde sig til fysiktimens tiltrækkende og frastødende magneter. Men ved MRI er det andre kræfter det handler om. Som før omtalt er styrken gange jordens egen magnetfelt, så hvis man har noget Ferromagnetisk med ind til MRI scanneren, vil tiltrækningskraften være så stor, at man ikke kan kontrollerer bevægelsen. På internettet findes talrige eksempler både med og uden personskade. I guidelinen til beskyttelse mod missileffekten anbefa- 28

29 ler ICNIRP (ICNIRP 2004; s. 211), at benytte de 11 punkter beskrevet på MRIsafety.com (MRIsafety 2009b). Grundlæggende beskriver punkterne, at bør udpeges en fra personalet som har ansvar for sikkerhedsproceduren og som løbende sørger for opdatering af MRI sikkerheden både for patienter og personale. Kontrolskemaet: I spørgsmålene i kontrolskemaet, figur 6, side 22 er det statiske magnetfelt direkte repræsenteret i spørgsmål 6 (metalclips og metalproteser) og 7 (andet metallisk materiale). Disse kan være ferromagnetiske, og kraften kan være så stor, at materialet kan løsrive sig og derved skade patienten. 5.2 Radiofrekvente felt Ved MRI bruges det radiofrekvente felt til at tilføre excess protonernes magnetiske dipoler energi, sådan at orienteringen føres over i det transversale plan (B1) (Hanson 2009; s. 5). En ulempe ved dette er, at den tilførte energi ikke kun tilføres excess protonerne, men også absorberes af kroppens væv, og udledes til varme (Schneider et al 1997; s. 117). Det radiofrekvente felt under 1 MHz har en mindre evne til at afsætte energi i form af varme, så det er kun frekvenseksponeringer > 1 MHz, som i væsentlig grad er varmeabsorberende (Schneider et al 1997; s. 117). Da de fleste kliniske MRI modaliteter i dag, har statiske magnetfelter på 1 T til 3 T, er frekvensområdet for RF energien (B1) fra 42 MHz til 126 MHz. Derfor taler man ifm. det radiofrekvente felt om SAR, altså den absorberede RF effekt (Watt = W) omsat til varme som afsættes i kroppen målt i W/kg, og som er et mål for afsat effekt pr. kg (Schneider et al 1997; s. 118). En ting man skal være opmærksom på ved SAR er, at det er en gennemsnitsberegning over tid. I tabel 4 og 5, side 32 er det en gennemsnitsværdi på 6 minutter der er benyttet. Læg også mærke til, at temperaturen i scannerrummet skal være lig med eller under 24 grader, ellers gælder de indirekte temperaturberegninger ikke. Figur 11 vises den gennemsnitlige absorberede effekt pr. kg i den menneskelige krop som funktion af frekvensen (Schneider et al 1997; s. 118). 29

30 Figur 11 - Kvalitativt forløb af gennemsnitlig absorberet effekt pr kg (W/kg) (Schneider et al 1997; s. 118) Som det kan ses af figur 11 topper absorptionen af den afsatte RF effekt i det frekvensområde, som benyttes til MRI applikationer fra 1T til 3T, derfor er der indbyggede SAR alarmer i MRI modaliteterne. De af ICNIRP anbefalede eksponeringsgrænseværdier for patienter og personalet, kan ses i tabellerne 4 og 5, side 32. Den gennemsnitsberegnede kropstemperatur er fortaget på baggrund af indirekte måling ud fra tilført effekt og patientens vægt. Der bliver altså ikke fortaget en decideret temperatur måling af det eksponerede kropsområde/felt. Da humant væv ikke er homogent, samt at afkøling sker bla. via blodet, vil effekten af den afsatte energi fordele sig ujævnt, og derfor kan varmere områder, også kaldet hot-spots opstå (Schneider et al 1997; s. 118). Det afspejles i tabellerne 4 og 5, side 32, ved en forskel på de forskellige kropsområder, og hvor stor en del af kroppen der bliver eksponeret. Der er også en forskel på SAR værdien for patienter og personale, ca. en faktor 5, det radiofrekvente felts eksponeringsområde er et RF nærfelt, derfor aftager feltet med kvadratet, samme som ved ioniserende stråling (Schneider et al 1997; s. 115, 117 og 125). Et eksempel på en SAR beregning findes på Hornaks hjemmeside og her gengivet i figur 12: 30

31 Figur 12 - Beregning af SAR værdi (Hornak 2008) Da det radiofrekvente felt således medfører temperaturstigning hos patienterne bør man være opmærksom på, at der findes visse restriktioner omkring kropstemperaturstigninger og kropsområdetemperatur. I tabel 3 angives disse, og det anbefales af ICNIRP, at der fortages en temperaturmåling af patienter i risikogruppen før MRI eksaminationen ved normal og kontrolleret operationsområde, ved eksperimentel begrænset operationsområde tilrådes altid en temperaturmåling (ICNIRP 2004; s. 209). I artiklen er ikke specifikt beskrevet hvilke patienter der tilhører risikogruppen, den eneste risikogruppe, som nævnes er ved akustisk støj, og består af patienter med psykiske lidelser, ældre, børn og nyfødte samt bedøvet patienter. (ICNIRP 2004; s. 206) Tabel 3 - Temperatur grænseværdier for patienter (ICNIRP 2004; s ) 31

32 Eksponeringsgrænseværdier for patienter: Tabel 4 viser SAR eksponeringsgrænseværdierne for patienter i Watt per Kg. Som det ses af tabellen er værdien regionsbestemt og opdelt i følgende områder: hele kroppen, delvis hele kroppen og lokal SAR. Tabel 4 - SAR eksponeringsgrænseværdier for patienter (ICNIRP 2004; s ) Eksponeringsgrænseværdier for personale: Tabel 5 viser eksponeringsgrænseværdierne for personalet. Læg mærke til at der for personale er ca. 5 til 10 gange mindre eksponeringsværdi ved SAR af hele kroppen end for patienter, og at der ikke er opdelt i operationsområder. Tabel 5 SAR eksponeringsgrænseværdier for personale (ICNIRP 1998; s. 509) 32

33 Konsekvenser: Det radiofrekvente felt udgør den største risiko for patientens sikkerhed ifm. en MRI undersøgelse (Formica 2004; s. 10). De termiske afsættelser og biologiske effekter omkring feltet bliver stadigvæk undersøgt, men dyreforsøg har vist, at man ved SAR værdier over 4 W/kg har fundet skadeligere biologiske virkninger i form af adfærdsændringer, effekter på immun-, metabol-, endokrin-, kardiovasculære og reproduktive systemer. Forsøgene kan dog ikke direkte overføres til human eksponering pga. forskellighed i absorption, kropsstørrelse, humane anatomiske træk, varigheden af eksponering, følsomheden af huden og andre forskellige faktorer (Formica 2004; s. 8) (Schneider et al 1997; s. 120). En direkte konsekvens af RF energien opstår, når kropsdele danner spoler, se venstre billede i figur 13. Det radiofrekvente felt vil her inducere strøm i kropsdelen (spolen), som kan give forbrændinger, se eksempel til højre i figur 13. Et andet fænomen der kan forekomme er forbrænding/skoldning af hudområder. Dette kan fx forekomme ved tatoveringer, hvor farven kan indeholde elektrisk ledende grundstoffer, som har en øgede ledningsevne, der medfører en øget absorption af RF effekten, se figur 14. Figur 13 - Forbrændinger forårsaget af det radiofrekvente felt (COCIR 2006; s. 9) Figur 14 - Skoldning forårsaget af det radiofrekvente felt (COCIR 2006; s. 10) 33

34 Kontrolskemaet: I kontrolskemaet, figur 6, side 22 er det radiofrekvente felt direkte repræsenteret i spørgsmålene: Spørgsmålene 1, 3, 4 og 5 pga. af ødelæggelser ved feltets eksponering, selv om disses elektromagnetiske kompatibilitet (EMC) er høj. Spørgsmål 10 fordi visse plastre består af et lag metalfolie, som er elektrisk ledende. Metalfolie vil absorbere RF energien og herved kunne udvikle stor varme. Spørgsmål 11 hænger sammen med anbefalingen fra ICNIRP, hvor de fraråder gravide i første trimester at blive scannet bl.a. på grund af fosterets enorme celleudvikling samt at kroppens hovedstruktur formes (ICNIRP 2004; s. 204). 5.3 Gradient magnetfelt Gradient magnetfeltet bruges til fase- og frekvens indkodning til voxel og tykkelse selektion, samt funktioner som kan ses i de enkelte sekvens forløb. Måden man danner et magnetisk gradient felt på er, at man vha. gradient spoler (L) tilfører eller fjerner noget af den statiske magnets feltstyrke (Westbrook 2006; s ). Gradient magnetfeltet ligger i DSV og er styret elektromagnetisk vha. strømmen igennem gradientspolen, der er gradientspoler i X, Y og Z retningen. Typiske gradientværdier 10 mt til 60 mt, men udviklingen fører til større og hurtigere gradienter (Westbrook 2006; s ). Gradientstørrelse og retning styres ved, at sender en bestemt amplitude af ampere den ene eller den anden vej ind i spolen for at opnå gradientens hældningsretning og størrelse. Magnetisk set tilfører eller fjerner man den magnetisk fluxtæthed (B) gradueret over DSV (Ebert et al 1995; s ): 34

35 0NI B [ T ], (formel 7) L hvor µ er permeabilitet (H/m), N er antal viklinger på spolen, L er længden af spolen (m) og I er strømmen (Amp.) (Ebert et al 1995; s ). Effekten til skiftende gradient felter kræver effekt (W) (Westbrook 2006; s. 320), spolen har ved hjælp af strøm opbygget en magnetisk flux, hvis man ønsker at spolens magnetiske retning skal ændres, sendes strømmen den anden vej (Encyklopædi 2009b; induktion). Dermed skal strømmen først nedbryde det eksisterende magnetfelt og derefter opbygge den igen - bare den modsatte retning elektroteknisk kalder man den modelektromotoriske kraft (Encyklopædi 2009b; Faradays lov). Hastigheden hvorved dette sker, kalder man også gradientens slew-rate (db/m/s) (Westbrook 2006; s. 318). Hvor hurtig skiftet sker, er afhængig af gradientspolen og strømstørrelsen, man kan kalde det MRI systemets øverste grænsefrekvens (fø). Gradienterne skiftefrekvens ligger typisk mellem Hz (Haack 2007; s. 15). De store effekter der bruges til disse gradienter, er årsag til den kraftige og høje støj i MRI scanneren. Støjen opstår ved tiltrækning og frastødning mellem de enkelte viklinger i gradientspolen og interaktion med andet materiale. Den førnævnte gradient skiften kan udtrykkes i db/dt, og det påvirker vævet således, at der bliver genereret et strøm- og spændingsfelt i vævet, se tabel 7, side 38. Man kan regne db/dt ud ved at dividere den magnetiske gradientfelt (db) med pulsvarigheden (dt), se formel 8. Gradient magnetfeltet er mindre, da det dannes af strømmene i gradientspolerne, se formel 7. Hvis man siger, at den magnetiske gradient (db) er 10mT, og pulsvarigheden (dt) er 1 ms, så vil db/dt være: db dt db / dt (formel 8) Resultatet er db/dt = 0,01T/0,001s = 10 db/dt, som kan tjekkes mht. db/dt toleranceværdi i figur 15, og den empiriske nervestimuleringsgrænseværdi i figur 16, som er dan- 35

36 net ud fra formel 5, side 27. Heraf kan man slutte at db/dt på 10 ligger under nervetolerancen figur 15 og under normal operationsområdet for patienter figur 16, det er denne sansegrænseværdi, man skal være opmærksom på ved patienter. Vores nervesystem er kemisk/elektrisk opbygget, forstået på den måde at vores CNS og PNS er små ledninger, som giver eller modtager elektrisk signal fra områder i kroppen eller hjernen (Voldum 2000; s ). Derfor kan et skiftende elektromagnetisk signal påvirke disse små strømme og spændinger, som kroppens nerveceller bruger (Schaefer 2000; s. 21). Ved hjælp af frivillige forsøgspersoner har man i en stor undersøgelse (ICNIRP 2004; s. 208), undersøgt signifikante bevægelser på enten en thoracal eller abdomenal muskel. Der blev her målt grænseværdien for bevægelse, ukomfortabel bevægelse og utålelig bevægelse, se figur 15 (ICNIRP 2004; s. 199). Denne eksponeringsgrænseværdi hænger sammen med gradientens ændringshastighed, hvilket betyder at grænseværdier er en sammensat værdi af db/dt amplituden og ændringshastigheden db/dt puls tid. Figur 15 - y akse db/dt tolerance og x akse pulsvarighed (ICNIRP 2004; s. 199) Data fra den førnævnte undersøgelse viser, at procentvis ligger den utålelige stimulation ca. 20 % over gennemsnitsværdien for den perifere nervestimulation. Det anbefales derfor, at den maksimale eksponering for gradientfeltet sættes lig en db/dt på 80 % af gennemsnittet for sansegrænsen for det normale operationsområde og 100 % af gennemsnittet for det kontrollerede operationsområde. Dette gennemsnit for sansegrænsen er beskrevet ved følgende ligning, som er en empirisk beskrivelse (ICNIRP 2004; s. 208): 36

37 Sanse grænseværdi (db/dt) Bachelorprojekt i radiografi db / dt 20(1 0,36/ ) [T/s], hvor τ er pulsvarigheden (formel 5, side 27) Hvis man omsætter det til en db/dt som funktion af pulsvarigheden får man en graf som vist i figur 16, hvoraf det er muligt at aflæse eksponeringsgrænseværdien db/dt, når man kender MRI scanners pulsvarighed, ved hjælp af formel 5. Gradient magnetfeltet genererer, ligesom bevægelse i det statiske magnetfelt, en strømdensitet A/m 2 (J) (Liu 2002; s. 105), denne måles som effektiv værdi (rms), eksponeringsgrænseværdierne for personalet ses i tabel 6. Strømdensiteten i et organ eller bestemt vævstype er komplekst, men en tilnærmet model for J er, J = πrfσb, hvor R er radius af spolen (m), f er frekvens (Hz), σ ledningsevnen (Siemens) og B er feltstyrken (ICNIRP 1998; s. 510). Eksponeringsgrænseværdier for patienter: Som man kan se i figur 16 vises der kun normalt og kontrolleret operationsområde, da det begrænsende område ikke beskrives som en mulig grænseværdi (ICNIRP 2004; s. 208). Sanse grænseværdi (db/dt) 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 kontrolleret operationsområde Normal operationsområde 50,00 0, Pulsvarighed (microsekund) Figur 16 Eksponeringsgrænseværdi for patienter vedr. nervestimulering (formel 5) (ICNIRP 2004; s. 208) Eksponeringsgrænseværdier for personale: Eksponeringsgrænseværdierne for personalet er lidt mere entydige i form af tabeller. Tabel 6 viser grænseværdi ifm. strømdensitet (J) A/m2, man skal dog være opmærksom på, at frekvensen (f) indgår som aktiv del i tabellen. 37

38 Tabel 6 Tidsvarierende eksponeringsgrænseværdi for strømdensitet - op til 10 GHz (ICNIRP 1998; s. 509) I tabel 7 vises E-feltet, H-feltet og B-feltet. De 2 første felter er beskrevet i afsnit 5.1, mens B-feltet er nyt, og er taget med da det ofte anvendes som en måleenhed ifm. gradient magnetfeltet. 1 A/m er 1,26 µt, derfor er det blot en omskrivning (Schneider et al 1997; s. 120). Tabel 7 - Eksponeringsgrænseværdier for tidsvarierende elektriske og magnetiske felter (ICNIRP 1998; s. 511) 38

39 Konsekvensen: Generelt er konsekvenserne for patienter og personale, som opholder sig i gradient magnetfeltet, nervestimulerings ubehag, sammen med svimmelhed, kvalme og flimren for øjnene (ICNIRP 2004; s. 208) (ICNIRP 2009b; s. 259). Personalet opholder sig sjældent inde ved MRI scanneren ved undersøgelsen, men det sker dog ved fx undersøgelse af børn, hvor der benyttes anæstesi. Her bliver anæstesipersonalet ved barnet under undersøgelsen, og udsættes derfor for eksponeringen. Eksponeringsgrænseværdien for personalet kan ses i tabel 7 under B-felt. Hovedreglen er her at få afstand fra DSV, da magnetfeltet aftager hurtigt i styrke, se figur 10, side 26. Hvis man er nødt til at arbejde i DSV, skal man også være opmærksom på eksponeringsgrænseværdierne i tabel 6 som vedr. strømdensitet. Konsekvensen for patienten er mere direkte, da mange medicinske undersøgelser er direkte ubehagelige eller smertefulde for patienten, men tolereres, idet der er en medicinsk diagnostisk nytteværdi. Utålelig stimulering af PNS og CNS vil forstyrre undersøgelse så meget, at der ingen fordele er for patienten og derfor bør dette undgås, se figur 16 (ICNIRP 2004; s. 208). Kontrolskemaet: I kontrolskemaet, figur 6, side 22 er gradient magnetfeltet, pga. af hvirvelstrømme, som opstår ved skiftende magnetisk fluxtæthed og retning, direkte repræsenteret i følgende spørgsmål: 39

40 5.4 Resumé og delkonklusion I det foregående er de 3 elektromagnetiske felter gennemgået og eksponeringsgrænseværdierne er hentet fra ICNIRP og efterfølgende forklaret og beskrevet. Tabel 8 er et resumé, som for hvert magnetfelt viser tabellerne med eksponeringsgrænseværdierne, konsekvenser for patienter og personale samt magnetfeltets direkte relevans til kontrolskemaet: Tabel 8 - Resumé af de elektromagnetiske felter Som det ses af tabellen er konsekvenserne for det statiske og det gradiente magnetfelt nogenlunde ens, hvilket hænger sammen med deres ens natur. Ved det statiske magnetfelt påvirkes patienten af et statisk magnetfelt og ELF. Gradient magnetfeltet er små varierende og skiftende magnetfelter i forhold til det kraftige statiske magnetfelt. Jeg har ikke kunnet finde en forklaring på, hvorfor metalsmag eller følelsen for at falde ikke opstår i gradient magnetfeltet. Da gradient feltet aftager meget hurtigt betyder dette, at der er stor forskel for patienter og personale, idet feltet kun påvirker personalet, når de ar- 40

41 bejder indenfor DSV, hvilket kun sker i særlige tilfælde. På samme måde gælder det for det radiofrekvente felt, da feltet aftager med kvadratet på afstanden. Udstrålingen fra de elektromagnetiske felter bestemmes i høj grad af fabrikanternes RF- og ferromagnetiske afskærmning, derfor svinder RF energien hurtig ind ved afstand, på samme måde forsvinder det gradiente magnetfelt og det statiske magnetfelt hurtigt, se figur 10, side 26. Ser man på konsekvenserne, virker de umiddelbare og tilforladelige, men der kan være store ubehag og direkte skadelige konsekvenser for patienten. Her tænker jeg specielt på det radiofrekvente felts indvirkning på kropstemperaturen, hvor der er indført en SAR alarm, så man sikre at eksponeringsgrænseværdien overholdes. I tabel 9 vises sammenhængen mellem de elektromagnetiske påvirkninger og de enkelte kontrolspørgsmålene fra figur 6, side 22. Men først en kort forklaring til de symboler som benyttes i tabellen. Jeg veksler mellem det elektromagnetiske felts direkte indvirkninger, dvs. hvad feltet afstedkommer (vises med x) og den indirekte indvirkning, dvs. hvad feltet medfører (vises med (x)). Ved det statisk magnetfelt ses en direkte ferromagnetisk tiltrækning, ellers er x E induktion i forskellig udstyr vha. fx lejebevægelse. Den indirekte (x H ) grund i spørgsmål 12, er at jo større diameteren i scanneren er, jo svære er det at frembringe et homogent felt ifm. det statiske og det radiofrekvente magnetfelt. RF signalet har en høj energi og en høj frekvens, derfor kræver det, at eksternt udstyr som udsættes for et elektromagnetisk felt har en god EMC beskyttelse. RF signalets energi fra MRI scanneren vil normalt direkte kunne ødelægge elektronisk udstyr som fx pacemaker, samt inducerer strømme i spoler, som kan give forbrændinger eller stød. Metal folie x f absorber RF energien og kan give voldsom varme og forbrænding, og derudover absorberes energien også som varme i vævet, derfor er RF energien direkte skyld i patientens opvarmning, beskyttelse imod dette er SAR alarm. Gravide x B frarådes at blive scannet i første trimester, bl.a. på grund af fosterets enorme celleudvikling samt at kroppens hovedstruktur formes her (ICNIRP 2004; s. 204), også gravide og spædbørn x M anbefales kun at udsættes for 4 Tesla (ICNIRP 2009b; s. 261). Direkte indvirkninger med gradient magnetfeltet, er hvirvelstrømme forårsaget af induktion i et ikke ferromagnetisk men elek- 41

42 trisk ledende materiale såsom metaller, fx kobber (Rasmussen 2007; s. 3), dette giver en opvarmning af materialet. Tabel 9 - Kontrolskemaet med angivelse af de elektromagnetiske felter 6. Diskussion I forbindelse med opgaven er jeg stødt på en del forskellige problematikker, hvoraf jeg her vil nævne nogle af de, som jeg finder vigtige, og som jeg i den efterfølgende diskussion vil fremhæve for at belyse relevansen af netop denne problematik for opgaven: Lovgivning af elektromagnetiske felter (ikke-ioniserende stråling) Patient- og personalesikkerhed Alarmer for alle de elektromagnetiske felter, dosismeter Temperaturmåling af patienter Kontrolskemaets opbygning og gennemførelse SST er den øverste sundhedsfaglige myndighed og den vigtigste aktør på sundhedsområdet i Danmark. Det er deres opgave i samarbejde med beslutningstagere at skabe de bedste sundhedsfaglige rammer for behandling og forebyggelse, herunder også at skabe 42

43 sikkerhed for, at de undersøgelser vi bliver udsat for, gennemføres med størst mulig sikkerhed for både patienterne og personale. Derfor blev jeg også noget overrasket, da jeg via hjemmesiden for SST og SIS fandt ud af, at de slet ikke har beskrevet noget om de elektromagnetiske felter ifm. MRI undersøgelser. Det samme gjaldt da jeg søgte viden om eksponeringsgrænserne, samt om hvem eller hvad vi referer til i Danmark angående disse. Det eneste jeg fandt om ikke-ioniserende stråling, som MRI hører under, handlede om mobiltelefoni og sendermaster til samme. Dette fandt jeg utilfredsstillende, og kontaktede derfor SST telefonisk for at få klarhed over, hvem der kunne hjælpe mig indenfor emnet. Men heller ikke dette lykkedes særlig godt, idet jeg blev omstillet gentagne gange mellem SST og SIS, men ingen af dem jeg talte med, vidste hvem der var ansvarlige indenfor MRI. Et argument for at SST ikke skulle have informationer angående de elektromagnetiske felter kan være, at vi i Danmark benytter os af forsigtighedsprincippet, som de skriver på energinet.dk: Energinet er ejet af Klima- og energiministeren, og er derfor en del af staten. Men argumentet for at Danmark bruger forsigtighedsprincippet holder ikke, idet jeg ikke på SST hjemmesiden kan finde noget om et evt. forsigtighedsprincip, ej heller et link til Energinet.dk, for en henvisning til dette. Herefter forsøgte jeg mig med en mere struktureret søgning på SST s hjemmeside med ordene NMRI, MRI, MR, elektromagnetiske felter, ikke-ioniserende stråling og forsigtighedsprincip. Resultatet af søgningen findes i bilag 2, men der er intet om MRI undersøgelser, hverken hvad angår patienter eller personale. Det virker fuldstændigt som om, at varetagelsen af sikkerheden indenfor de elektromagnetiske felter er ikke eksisterende hos SST. 43

44 Da jeg ikke kunne komme videre af denne vej, begyndte jeg at søge efter toneangivende personer/org. indenfor MRI og elektromagnetiske felter. Her kom jeg i berøring med to holdninger, som viser sig at være kendetegnende for de elektromagnetiske felter. På den ene side embedsmænd, som holder sig til de videnskabelige metoder, og på den anden side personer/org. som forholder sig til usikkerheden omkring de elektromagnetiske felter. Disse to sider udtrykkes på den ene side af et notat fra SST (SST 2007) samt et litteraturstudie forundersøgelse/risikovurdering vedr. forskningsprogrammet om ikke-ioniserende stråling fra Risø National Laboratory 2004 (Andersen 2004) og på den anden side med en stor rapport omkring de skadelige virkninger af de elektromagnetiske felter (Blackman et al 2007) samt Bevægelsen for Miljøvenlig Eltransmission (Eltransmission 2009). Uheldigvis ser alle disse eksperter ikke på de elektromagnetiske felter med MRI øjne, det handler kun om eltransmission, mobiltelefoni, IT udstyr o.a.. Hvad er sandheden i alt dette, hvis der ellers er nogen? Efter min opfattelse har ingen helt styr på lovgivningen ang. de elektromagnetiske felter indenfor MRI undersøgelser. SST skriver i notatet fra 2007 omkring rapporten fra BioInitiative: Det er rimeligt nok at der mangler viden på området, og at indholdet af den oplyste viden skal verificeres på videnskabelig korrekt vis, men derfor kunne der godt informeres om den viden man pt. har eller ikke har. Det er ganske utilfredsstillende, at patienter og radiografer ikke kan holde sig opdateret på SST hjemmesiden omkring MRI fx mht. sundhedsrisiko, eksponeringsværdier eller det danske forsigtighedsprincip, information om de elektromagnetiske felter ved MRI, henvisninger og links for patienter og personale. 44