UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI VERONA
Facoltà di Medicina e Chirurgia
CORSO DI LAUREA IN TECNICHE DI RADIOLOGIA MEDICA,
PER IMMAGINI E RADIOTERAPIA
Presidente: Prof. Marco Ferdeghini
TESI DI LAUREA
ESPOSIZIONE DEL TSRM AL CAMPO MAGNETICO
STATICO: NUOVE METODICHE DI RILEVAZIONE
Relatore:
Ing. Luciano Mirarchi
Correlatore:
Dott. Aldo Valentini
Laureanda:
Antonella Caltagirone
Anno Accademico 2009 - 2010
INDICE
INTRODUZIONE
1. TIPI DI MAGNETE
1.1 Il magnete resistivo
1.2 Il magnete permanente
1.3 Il magnete a superconduttore
1
3
3
4
4
2. EFFETTI BIOLOGICI DELL’ESPOSIZIONE A CAMPI
MAGNETICI STATICI
6
3. STANDARD DI SICUREZZA E LIVELLI DI ESPOSIZIONE
IN RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE:
NORMATIVA ITALIANA
8
3.1 Misure per la sicurezza dei lavoratori ai campi
magnetici statici
4. LINEE GUIDA INTERNAZIONALI SUI LIMITI DI
ESPOSIZIONE A CAMPI MAGNETICI STATICI
4.1 Limiti di esposizione professionali
11
11
12
5. STUDIO SULLA VALUTAZIONE DELL’ESPOSIZIONE
AL CAMPO MAGNETICO STATICO IN PROSSIMITA’
DEL MAGNETE DI RISONANZA
14
6. RILEVATORI DI CAMPO MAGNETICO
19
6.1 L’effetto Hall
20
7. DOSIMETRI PERSONALI
21
7.1 Materiali e metodi
7.2 Riduzione dell’esposizione del T.S.R.M.
8. SISTEMA PER IL RILEVAMENTO DEI CAMPI
MAGNETICI STATICI MAFISS
8.1 Dosimetro per campi magnetici (MFD)
8.2 Unità per la ricarica dei dosimetri (DRU)
22
34
35
35
36
8.3 Unità computer remota (LCU)
8.4 Descrizione delle operazioni
8.5 Specifiche tecniche del Mafiss
9. SISTEMA PER IL RILEVAMENTO DEI CAMPI
MAGNETICI STATICI TALETE
9.1 Unità di monitoraggio personale
9.2 Base
9.3 Software
9.4 Report
9.5 Certificazione del sistema Talete
36
38
39
40
41
42
43
45
45
10. CONCLUSIONI
47
RINGRAZIAMENTI
48
BIBLIOGRAFIA GENERALE
49
INTRODUZIONE
La Risonanza Magnetica Nucleare (RMN) è una tecnica di indagine sulla materia
basata su principi fisici che utilizzano la misurazione della precessione dello spin di
protoni sottoposti ad un campo magnetico e radiofrequenze.
Questa metodica è sicuramente quella che ha avuto il più rapido sviluppo nella
diagnostica per immagini ed è in continua evoluzione.
La Risonanza Magnetica Nucleare ha un vasto campo di applicabilità, anche perché
può avvalersi di sostanze (mezzi di contrasto paramagnetici) che, somministrate al
paziente, si distribuiscono nell'organismo, facilitandone la definizione delle varie
parti. Essa combina i vantaggi delle altre tecniche di imaging esistenti, senza tuttavia
spartirne gli svantaggi.
Come la Tomografia Assiale Computerizzata (TAC) fornisce immagini tomografiche
ed è dotata di eccellente risoluzione spaziale e di contrasto, come l’Ecotomografia
(ETG) non usa radiazioni ionizzanti e produce immagini orientabili variamente,
come la Medicina Nucleare, infine è in grado di fornire informazioni sui processi
metabolici a livello tissutale.
Si tratta di una tecnica abbastanza recente e tuttavia in rapida espansione: il numero
di installazioni RM è in progressiva crescita e continue sono le innovazioni
tecnologiche che interessano le varie componenti sia software che hardware del
sistema RM.
Come la TAC anche la RMN ha avuto dapprima un impatto clinico nel campo
neurologico, e solo successivamente ha trovato, e sta trovando, utili campi di
applicazione clinica nell’imaging del resto del corpo.
Con questa tecnica molte malattie e alterazioni degli organi interni possono essere
visualizzate e quindi facilmente diagnosticate. Tramite la RMN sono ben visibili i
tessuti molli ed è possibile la discriminazione tra tipologie di tessuti non apprezzabile
con altre tecniche radiologiche di imaging.
Si è molto dibattuto in merito agli effetti biologici del campo magnetico statico sul
corpo umano, e quindi sui rischi da esso derivanti ma ci sono pareri discordanti a
riguardo.
1
In ogni caso non esistono al momento fonti certe inerenti all’effetto biologico del
campo magnetico statico, dunque il pensiero comune è quello di mantenere
l’esposizione a tali forze di campo al livello più basso possibile sia per il paziente che
per l’operatore (principio di precauzione).
Con l’arrivo dei rilevatori di campo magnetico statico portabili dall’operatore, nelle
diagnostiche di Risonanza Magnetica, l’esposizione per l’operatore sanitario esposto
sarà ulteriormente controllata, con lo scopo di tutelarne la salute stessa.
La mia tesi pone come obiettivo quello di verificare, con un piccolo studio, l’effettiva
precisione di questa tecnologia e, infine, di raccogliere un insieme di consigli
riguardanti il comportamento da assumere all’interno della diagnostica di Risonanza
Magnetica, in modo da mantenere l’esposizione al campo magnetico statico al livello
più basso possibile.
2
1.TIPI DI MAGNETE
La parte principale del tomografo RM è il magnete che produce un campo magnetico
statico, che deve essere il più possibile omogeneo all’interno del volume di
acquisizione e stabile nel tempo.
Ogni tipo di magnete presenta dei vantaggi e degli svantaggi sia sul piano
tecnologico che su quello dell’investimento monetario necessario per il loro acquisto
e mantenimento.
I magneti si distinguono per le loro caratteristiche costruttive in tre categorie:
* Resistivi
= utilizzati per campi magnetici da 0,002 a 0,35 Tesla
* Permanenti
= utilizzati per campi magnetici da 0,01 a 0,35 Tesla
* Superconduttivi
= utilizzati per campi magnetici da 0,20 a 11,7 Tesla
1.1 IL MAGNETE RESISTIVO
Il magnete resistivo è costituito da un avvolgimento elettrico percorso continuamente
da corrente e raffreddato ad acqua. Per le elevate potenze necessarie
all’alimentazione del magnete (circa 35 KW), si possono realizzare solo campi
relativamente bassi: fino a 0,35 Tesla.
A loro svantaggio c’è l’elevato consumo di energia elettrica, la necessità di un
sistema di raffreddamento ad acqua, e la loro alta sensibilità ai disturbi esterni.
A loro vantaggio solo la semplicità di spegnimento del campo magnetico a inutilizzo
dell’apparecchiatura o in caso di emergenza.
3
1.2 IL MAGNETE PERMANENTE
Il magnete permanente è costituito da una serie di blocchi di materiale
ferromagnetico con il quale si possono realizzare solo campi magnetici relativamente
bassi, fino a circa 0,35 Tesla.
Impiegati soprattutto nei sistemi aperti a basso campo, sono molto pesanti ma, a loro
vantaggio, non richiedono liquidi criogeni e non consumano energia elettrica per il
mantenimento del campo magnetico.
Sono però molto sensibili alla temperatura e devono quindi essere costantemente
riscaldati ad una temperatura di 24°- 32° mentre l’ambiente circostante viene
costantemente climatizzato a 23°- 25° per stabilizzare il flusso termico.
Poiché variazioni della temperatura comportano un’instabilità del campo magnetico
con effetti apprezzabili sulla qualità d’immagine, qualora si spegnesse anche per
poche ore l’impianto di climatizzazione della sala magnete, si devono di
conseguenza attendere molte ore per riottenere la necessaria qualità di campo
magnetico.
1.3 IL MAGNETE A SUPERCONDUTTORE
I magneti superconduttivi sono degli elettromagneti. Il magnete a superconduttore è
un elettromagnete che genera un forte campo magnetico omogeneo dell’ordine dei
Tesla e trova impiego per la massima parte su sistemi classici a tunnel.
Il magnete a superconduttore necessita per il suo funzionamento di un sistema di
raffreddamento a gas criogeni.
In particolare l’elio liquido permette all’avvolgimento del magnete di rimanere ad
una temperatura molto bassa alla quale si verifica il fenomeno della conduttività: il
filo metallico non offre più nessuna resistenza al passaggio della corrente e quindi
non si dissipa energia.
4
In questo stato la corrente presente nell’avvolgimento si mantiene quasi all’infinito
senza bisogno di un’alimentazione esterna.
Il magnete a superconduttore è alimentato solo durante la fase d’installazione del
tomografo RM. Il suo circuito elettrico è tale che, se poi chiuso su se stesso, riesce a
“intrappolare” la corrente che circola al suo interno mantenendo costante così il
campo magnetico.
L’elio liquido, però, evapora lentamente, e deve essere quindi rabboccato
periodicamente.
In caso di un abbassamento critico del livello dell’elio, il superconduttore perde la
sua principale caratteristica e, per effetto della dissipazione termica, si ha
l’azzeramento della corrente circolante, il conseguente spegnimento del campo
magnetico e la quasi totale evaporazione dell’elio presente nel magnete.
Questo fenomeno viene comunemente chiamato “Quench” del magnete: nel giro di
alcuni secondi grandi quantità di elio gassoso si generano all’interno del magnete e
devono essere evacuate all’esterno.
Il Quench può anche essere comandato manualmente, in caso di emergenza, per
ottenere un rapido spegnimento del campo magnetico. Il Quench volontario si deve
considerare una procedura di emergenza riservata nei casi in cui è in pericolo la vita.
In tutti gli altri casi è possibile effettuare una procedura di spegnimento lento del
campo detta “Ramp down” che evita la perdita totale dell’elio liquido contenuto nel
magnete.
Il magnete a superconduttore è normalmente utilizzato per ottenere elevati campi
magnetici omogenei. Le sue linee di campo si estendono normalmente anche
all’esterno del magnete fino ad essere, in taluni casi, di intensità tale da interessare
oltre il locale contenente il tomografo altri ambienti circostanti contigui.
Per limitare questo effetto, i moderni magneti hanno all’interno un riavvolgimento
del filo superconduttore che, creando all’esterno un campo magnetico opposto a
quello principale, limita la dispersione verso l’esterno delle linee di campo (fringe
field) mantenendo invece invariata la sua intensità all’interno del tunnel.
Questa caratteristica si chiama schermatura attiva (Active Shield).
5
In passato non esisteva questo tipo di schermatura e la limitazione del campo
disperso era ottenuta con l’aggiunta di strutture ferromagnetiche poste attorno al
magnete.
In questo caso si parlava di “Passive Shield”. Dato che questo sistema influiva molto
sull’omogeneità finale del campo del magnete questo tipo di schermatura è stato
definitivamente abbandonato.
2. EFFETTI BIOLOGICI DELL’ESPOSIZIONE A CAMPI MAGNETICI
STATICI
Gli effetti biologici relativi al campo magnetico statico (B 0) di un tomografo di
Risonanza Magnetica, possono essere suddivisi in:
- EFFETTI MAGNETO-MECCANICI
- EFFETTI ELETTRODINAMICI
-EFFETTI MAGNETO-MECCANICI: sono associati ai moti di traslazione ed
orientazione indotti dal campo su molecole diamagnetiche, paramagnetiche e
ferromagnetiche.
1. Nelle sostanze diamagnetiche, quando sono immerse in un campo magnetico,
al loro interno vengono indotte delle correnti che generano un debole campo
magnetico che ha verso opposto a quello esterno.
2. Le sostanze paramagnetiche vengono attraversate da correnti che generano
un campo concorde con quello applicato.
3. Le sostanze ferromagnetiche, generano un campo facilmente rilevabile anche
in presenza di un debole campo magnetico applicato.
6
Molecole con proprietà diamagnetiche e paramagnetiche caratterizzate da anisotropia
nella suscettibilità magnetica (cioè la suscettibilità varia con la direzione del campo
applicato) risentono di una coppia di forze, proporzionale al momento magnetico
delle molecole, al campo statico e all’angolo compreso tra essi, che tende ad
orientare le molecole minimizzando la loro energia libera (es. globuli rossi
falciformi).
-EFFETTI ELETTRODINAMICI: derivano dall’interazione del campo statico con le
correnti ioniche prodotte dal movimento di elettroliti all’interno del corpo.
Tali interazioni producono due tipi di effetti:
1) La generazione di una forza frenante esercitata sulla propagazione dei potenziali
d’azione lungo le fibre dei nervi periferici e le reti neuronali del sistema nervoso
centrale.
2) La generazione di potenziali elettrici quando il flusso di una soluzione elettrolitica
(es. il sangue in un vaso) attraversa un campo magnetico.
Tuttavia, questi potenziali elettrici indotti non sono sufficienti ad interferire con la
funzionalità delle membrane cellulari.
Nell’uomo sono stati riscontrati i seguenti effetti:
· Per un’esposizione di 35-150 Gauss (NB: 1 Gauss = 0.0001 Tesla, e 1 Tesla =
10000 Gauss) di durata varia: aumento della pressione
arteriosa e
leucopenia.
· Per un’esposizione di 350-3500 Gauss per 4 ore: riferita insonnia, cefalea,
parestesie, precordi algie e alterazione dell’EEG.
· Per un’esposizione di 1.5 – 2 Tesla (15000-20000 Gauss): riportata nausea,
confusione mentale, bradi-tachicardia, ipotensione, astenia, vertigini, prurito,
bruciore e arrossamento delle mani.
· Osservate anomalie dell’onda T.
· Sensazioni luminose alla periferia del campo visivo.
7
· Campi di 0.5 -1 T inducono rotazioni misurabili dei bastoncelli retinici.
· Crasi ematica, disturbi sistema neurovegetativo.
· Orientamento macromolecolare indotto da campi magnetici di 350 mT su
emazie falciformi.
3. STANDARD DI SICUREZZA E LIVELLI DI ESPOSIZIONE IN
RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE: NORMATIVA ITALIANA
I dispositivi basati sul fenomeno della Risonanza Magnetica Nucleare (RMN)
trovano
ampia
applicazione
nella
diagnostica
medica
consentendo
una
visualizzazione sia bidimensionale che tridimensionale molto dettagliata, sia dal
punto di vista anatomico che funzionale, degli organi del paziente sottoposto ad
indagine. Tali sistemi sottopongono il paziente, contemporaneamente, ad un campo
magnetico statico di alta intensità, ad un campo elettromagnetico a radiofrequenza ed
a campi magnetici lentamente variabili nel tempo (chiamati gradienti) per consentire
la corretta visualizzazione e localizzazione di eventuali lesioni.
Pertanto, i tomografi a RMN, pur fornendo indubbi benefici diagnostici, possono
diventare potenziali sorgenti di rischio per i pazienti ma anche per gli operatori a
causa dell'emissione di diverse componenti dello spettro elettromagnetico.
Questi agenti fisici sono tutti compresi nella regione a più bassa frequenza dello
spettro elettromagnetico e sono incapaci di produrre fenomeni di ionizzazione
quando interagiscono con la materia. Per questo motivo i campi utilizzati nella RMN
rientrano nella denominazione di radiazioni non ionizzanti (NIR).
In Italia, le apparecchiature a RMN per uso medico o di ricerca sono regolate da una
specifica normativa che prevede la messa in sicurezza dell'impianto ed idonee misure
protezionistiche per gli operatori ed i pazienti. Nella tabella 1. sono riportati i
riferimenti normativi, gli articoli attualmente vigenti e quelli abrogati:
8
Tabella 1.
DECRETI
ARTICOLI E ALLEGATI
ARTICOLI
VIGENTI
ABROGATI
D.M. 29/11/85
-
tutti gli articoli
D.M. 02/08/91
articolo 7 e allegati da 1 e 6
1,2,3,4,5 e 6
D.M. 03/08/93
articoli 2, 4, 5 ed allegati A e B
1e3
D.P.R. 542/94
tutti gli articoli
-
Esistono, inoltre sentenze della Corte Costituzionale interpretative delle norme. Nel
regolamento emanato con il D.P.R. 542/94 sono individuate e classificate in gruppi le
apparecchiature diagnostiche a RMN che devono essere autorizzate da parte del
Ministero o della Regione e quelle che non necessitano di autorizzazione per
l’installazione e l’uso.
I diversi regimi autorizzativi dipendono dal valore del campo statico di induzione
magnetica dell’apparecchiatura e dalla possibilità di eseguire esami diagnostici
sull’intero corpo o sui soli arti come riassunto nella tabella2.:
Tabella 2.
CLASSIFICAZIONE
CMS
UTILIZZO
AUTORIZZAZIONE
Settoriali
Inferiore a 0,5 T e
clinico
Non necessaria
clinico
Regione o Prov.
riservate ad arti
Gruppo A
Inferiore a 2 T
Auton.
Gruppo B
Superiore a 2 T
ricerca
Ministero della
Sanità
Il DPR 542/94 impone che le apparecchiature a RMN operino sotto la responsabilità
di un Medico Specialista in Radiologia il quale ha il compito di gestire la sicurezza
9
dell’impianto in collaborazione con l’Esperto Responsabile della Sicurezza che è un
laureato con particolari conoscenze specifiche sulla RMN. La figura del Medico
Responsabile dell’impianto è sempre richiesta mentre quella dell’Esperto
Responsabile della Sicurezza è obbligatoria per le apparecchiature che necessitano di
autorizzazione (Tabella 3.).
Tabella 3.
CLASSIFICAZIONE
MEDICO
ESPERTO
APPARECCHIATURA RM
RESPONSABILE
RESPONSABILE ALLA
SICUREZZA
Settoriale
obbligatorio
non obbligatorio
Gruppo A
obbligatorio
obbligatorio
Gruppo B
obbligatorio
obbligatorio
La protezione e sorveglianza delle persone esposte comprende la stesura, da parte
dell’Esperto Responsabile in collaborazione con il Medico responsabile, di un
Regolamento di sicurezza che dovrà contenere anche le indicazioni di tutti i casi di
possibile controindicazione all’analisi RMN e/o all’esposizione al campo magnetico
statico, ai campi elettromagnetici lentamente variabili e ai campi a radiofrequenza
generati durante il funzionamento dell’apparecchiatura nonché i potenziali rischi
derivanti dall’uso.
10
3.1 MISURE PER LA SICUREZZA DEI LAVORATORI AI CAMPI
MAGNETICI STATICI
La normativa vigente stabilisce limiti di esposizione in funzione dell’intensità del
campo e della parte esposta.
Nella tabella seguente sono riportati i limiti di esposizione, contenuti negli allegati 1
e 4 del D.M. 02/08/91, ritenuti accettabili per il corpo intero e gli arti (Tabella 4.):
Tabella 4.
PARTE ESPOSTA
INTENSITÀ DI
DURATA MASSIMA
CAMPO MASSIMO
DELL’ESPOSIZIONE
corpo
200 mT
1 ora/giorno
corpo
2T
15 min/giorno
arti
2T
1 ora/giorno
arti
4T
15 min/giorno
4. LINEE GUIDA INTERNAZIONALI SUI LIMITI DI ESPOSIZIONE
A CAMPI MAGNETICI STATICI
Il rapido sviluppo nell’industria e in medicina di tecnologie che usano campi
magnetici statici ha prodotto un aumento dell’esposizione umana a questi campi ed
ha portato a numerosi studi scientifici sui loro possibili effetti.
L’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha recentemente prodotto un
documento di criteri sanitari relativamente ai campi elettrici e magnetici statici,
nell’ambito dell’Environmental Health Criteria Programme (OMS 2006), che funge
da database scientifico per lo sviluppo delle linee guida che vengono descritte nel
presente documento e che sostituiscono quelle pubblicate dall’ICNIRP nel 1994
(ICNIRP 1994).
11
4.1 LIMITI DI ESPOSIZIONE PROFESSIONALI
I limiti per esposizioni professionali di queste linee guida vengono applicati a coloro
che sono esposti a campi magnetici statici per l’esecuzione delle loro normali attività
lavorative o per compiti loro assegnati.
Si raccomanda che l’esposizione professionale della testa e del tronco non superi un
valore di picco spaziale dell’induzione magnetica pari a 2 T, tranne nella seguente
circostanza: per attività lavorative per cui si rendano necessarie esposizioni al di
sopra di 2 T, si possono consentire esposizioni fino a 8 T se l’ambiente è controllato
e se vengono messe in atto adeguate procedure di lavoro che controllino gli effetti
indotti dal movimento. Gli effetti sensoriali dovuti al movimento all’interno del
campo possono essere evitati rispettando le restrizioni di base fissate nelle linee
guida per i campi ELF. Se limitate alle estremità, sono accettabili esposizioni
massime fino a 8 T.
Lo sviluppo di linee guida per i campi magnetici statici pone due difficili problemi.
In primo luogo se, e in quale misura, le linee guida debbano consentire la possibilità
che, in alcuni lavoratori esposti, si manifestino effetti sensoriali temporanei, senza
conseguenze note a lungo termine o patologiche. In secondo luogo, quanto le
restrizioni debbano proibire livelli di esposizione superiori a quelli a cui arrivano le
esperienze sull’uomo e per i quali quindi non vi siano effetti nocivi noti, ma
interrogativi dovuti alla mancanza di conoscenze. Riguardo al primo problema
l’ICNIRP ritiene che esistano situazioni professionali in cui, con adeguate
informazioni
e
addestramento,
è
ragionevole
che
i
lavoratori
accettino
volontariamente e consapevolmente la possibilità di effetti sensoriali transitori come
la nausea, perché non si ritiene che questi portino a effetti sanitari a lungo termine o
patologici.
Riguardo al secondo aspetto, l’ICNIRP ritiene che le esposizioni consentite dalle
linee guida debbano basarsi su livelli per i quali vi sia un’evidenza apprezzabile
sull’uomo e che non si dovrebbe oltre questi semplicemente per mancanza di
evidenze di effetti nocivi.
12
Dopo la pubblicazione delle linee guida del 1994, ci sono stati diversi studi su
soggetti esposti a campi magnetici statici fino a 8 T (Kangarlu et al 1999; Chakeres
et al 2003a, 2003b; Glover et al 2007). Al di sopra di 2 T sono stati occasionalmente
osservati, in qualche persona, effetti transitori come vertigini, nausea e fosfeni, ma
non si è trovata alcuna evidenza di effetti sanitari irreversibili o gravi. Poiché il
sistema vestibolare è stimolato in modo ottimale da campi elettrici indotti e da
correnti indotte di bassa frequenza (attorno a 1 Hz) (Stephen et al 2005) a livelli
inferiori alle soglie per la stimolazione nervosa (Glover et al, 2007), si considera che
la protezione da vertigini e nausea fornisca un’adeguata protezione anche dagli altri
effetti delle correnti indotte nella testa e nel tronco, come la stimolazione dei nervi
periferici.
Nei luoghi di lavoro in generale, il limite di esposizione è fissato a 2 T per prevenire
vertigini, nausea ed altre sensazioni; tuttavia, per specifiche applicazioni
professionali, quando l’ambiente è controllato e sono messe in atto adeguate
procedure di lavoro, è accettabile l’esposizione fino a 8 T. Il grado di queste
sensazioni dipende molto da fattori individuali come la propensione personale a
malesseri dovuti al moto e la velocità di movimento nel campo; quindi, se un
individuo sperimenta tali effetti, può evitarli o ridurli al minimo muovendosi il più
lentamente possibile.
Sulla base di modelli del flusso sanguigno in vasi più di quelli della testa e del
tronco, nonché dell’esperienza fornita dalle sorgenti esistenti, non si prevedono
effetti nocivi nelle estremità a seguito di esposizioni fino a 8 T.
Non vi sono dati su cui poter basare, per le estremità, un limite di esposizione più
alto.
13
Tabella 5 . Limiti di esposizione professionale ai campi magnetici statici
ESPOSIZIONE PROFESSIONALE
INDUZIONE MAGNETICA
Esposizione della testa e del tronco
2T
Esposizione delle estremità
8T
L’ICNIRP raccomanda che questi limiti siano operativamente considerati come limiti di esposizione
di picco spaziale.
Per specifiche applicazioni professionali può essere giustificata l’esposizione fino a 8 T se l’ambiente
è controllato e se si applicano adeguate procedure di lavoro per controllare effetti indotti dal
movimento.
Non sono disponibili informazioni sufficienti su cui basare limiti di esposizione oltre 8 T.
5. STUDIO SULLA VALUTAZIONE DELL’ESPOSIZIONE AL CAMPO
MAGNETICO STATICO IN PROSSIMITA’ DEL MAGNETE DI
RISONANZA
Nella diagnostica di Risonanza Magnetica, il personale sanitario può essere esposto
al campo magnetico statico pur trovandosi al di fuori del tomografo RM. Il
movimento del corpo attraverso il campo magnetico statico generato dal magnete
superconduttore principale può provocare l'induzione di campi elettrici e correnti
elettriche nei tessuti.
Recentemente uno studio - H. Wang, A. Trakic, F. Liu, and S. Crozier: “Numerical
Field Evaluation of Healthcare Workers When Bending Towards High-Field MRI
Magnets”. Magnetic Resonance in Medicine 59:410–422 (2008) - molto accurato
presenta una valutazione degli effetti del campo magnetico statico al quale sono
sottoposti gli operatori nel piegarsi verso il gantry di tre tipi di magnete
superconduttore (1,5 T, 4 T, e 7 T).
Le simulazioni sono state effettuate con dei modelli anatomicamente equivalenti a
soggetti maschili e femminili. I risultati delle indicano che l’operatore è soggetto ad
14
alterazioni fisiologiche dovute al campo magnetico, in particolare quando l'operatore
RM è flesso in vicinanza del magnete principale.
Oltre a esercitare forze idrodinamiche traslazionali sulla carica in movimento del
flusso sanguigno, forti campi magnetici statici potrebbero anche comportare
l'induzione di correnti nel corpo. Inoltre i movimenti del corpo attorno a un magnete
superconduttore da 4 T possono indurre degli effetti a livello fisiologico nei tessuti
in prossimità del campo magnetico.
Un certo numero di risposte fisiologiche sono state riportate, come mal di testa,
nausea, vertigini, fosfeni (luce che lampeggia), torpore e formicolio, perdita di
propriocezione ed equilibrio, e un sapore metallico in bocca associati ad un vigoroso
movimento della testa.
L'obiettivo della ricerca riportata è quello di valutare l’esposizione a varie
angolazioni di piegamento in relazione alla distanza dal gantry (Fig. 1). Sono state
eseguite varie misure di campo magnetico per i tessuti del sistema nervoso centrale,
cuore, muscoli, pelle, e grasso.
Sono stati utilizzati due modelli di corpo suddivisi in voxel e nei quali è stato
possibile discriminare 40 tipi di tessuti, ognuno con un proprio valore di
conducibilità per simulare la flessione verso i campi magnetici statici effettuata dai
lavoratori durante l'assistenza sanitaria.
Ogni voxel nella metà superiore del modello di corpo è fisicamente ruotato in avanti
di un determinato angolo, rispetto al perno. La metà inferiore dei voxels del modello
rimane ferma. Tramite retroproiezione è stato fatto combaciare ogni voxel del
modello in posizione eretta
con quello durante il piegamento. Questo imita
grossolanamente il naturale allungamento dei muscoli, i tessuti e dello scheletro
mentre il corpo è in piegamento.
Durante il piegamento del modello di corpo il vettore velocità |
max|
è tangente alla
traiettoria circoscritta dai voxels in fase di rotazione.
Poiché la velocità angolare è costante e la distanza tra i voxels e il centro di rotazione
(pivot) è variabile, la velocità dei voxels più lontani dal pivot è più grande e per
quelli che sono più vicini al pivot, le velocità tangenziali totali sono più piccole:
| v| = wB ∙ rV
15
dove | v| è il modulo della velocità totale dei voxels (indice V-esimo) in ms-1, wB è
la velocità angolare della metà superiore del modello di corpo in rads -1, e rV è il
raggio o distanza tra il voxels V e il pivot in metri. La velocità totale voxel
dipendente è poi suddivisa nella sua componente vettoriale relativamente alla
direzione del moto e all'angolo di piegamento f. Le grandezze della componente
vettoriale sono quindi utilizzate per valutare il campo elettrico primario
1.
Poiché la
metà del modello di corpo sottostante al pivot è assunta essere ferma, non ha nessuna
componente della velocità e quindi non vi sono campi elettrici indotti.
Fig. 1 - Piegamento del modello di corpo in direzione del gantry.
La distanza minima tra la superficie del modello e il bordo del tomografo RM è stata
assunta di 10 mm, vale a dire, al modello del corpo non è permesso di toccare o
coincidere fisicamente con uno dei sistemi di risonanza magnetica, in quanto ciò
potrebbe alterare i valori risultanti dalle misurazioni del campo.
16
I modelli di corpo erano di fronte all'ingresso del tomografo e si trovavano ad una
certa distanza da questo tale che ci sarebbe stato una distanza minima di 10 mm tra la
testa e la fine del tomografo quando il modello del corpo si fosse trovato piegato in
un angolo f= 90°. In altre parole, il modello della testa non sporge all'interno del
gantry. Nella simulazione l'angolo di curvatura è stato variato da f= 0 ~ 80° con
incrementi di Δf=5°.
Una serie di studi computazionali indica che vi sia un risultato differente a seconda
delle dimensioni dei voxels sui calcoli di campo elettrico e la densità di corrente. Per
esempio, al diminuire della dimensione del voxel, il valore di picco della densità di
corrente aumenta.
Da questi risultati registrati durante le varie fasi di piegamento del modello di corpo
in differenti angolazioni e distanze di fronte al tomografo RM si nota che il picco dei
campi aumenta quando il corpo è piegato nell'angolo massimo di 80° ed è
posizionato vicino al bordo interno del magnete superconduttore.
Il picco registrato nel modello di corpo femminile è sempre un po’ più grande
rispetto a quello indotto nel maschio e questa differenza aumenta con l’aumentare del
campo magnetico statico. Questa differenza è probabilmente una conseguenza delle
disparità anatomiche tra i modelli maschili e femminili.
Tuttavia, non esiste una legge che stabilisca il rapporto tra l’induzione in situ del
campo elettrico e l’intensità di campo magnetico statico a causa dell'effetto di
differenti profili di campo.
Il picco registrato di valori di campo indotto nei modelli di corpo aumenta di
intensità all’aumentare della forza del campo magnetico statico, anche se non è stata
stabilita alcuna relazione matematica conclusiva. Inoltre, i campi indotti aumentano
all’aumentare dell’angolo di piegamento.
Sono state eseguite dodici simulazioni.
La Fig. 2 mostra i risultati selezionati in termini di profili sagittali di campo elettrico
indotto lungo l'asse centrale del modello di corpo femminile ottenuti nel corso di
movimenti di flessione di fronte a tutti e tre i magneti superconduttori all’angolo di
piegamento che corrisponde al caso peggiore.
Inoltre, in esposizioni al campo statico, la quantità di campo indotto dipende in larga
misura dalla velocità totale del comparto dei tessuti in cui i campi sono valutati e
17
quindi dalla velocità di movimentazione del corpo nel campo. Pertanto, elevati valori
di campo elettrico indotto sono notevoli nelle periferie della testa e del tronco
(maggiore velocità), con bassi valori di campo elettrico nella parte inferiore del corpo
vicino alla flessione del perno (velocità minore). Ne consegue che l'induzione di
campi elettrici nel cuore (che si trova vicino al centro del tronco) rispetto ad altri
tessuti vicino alla superficie del corpo è ragionevolmente piccolo, come le Fig. 1 e 2
mostrano.
Notiamo inoltre che i campi indotti al di sotto del pivot sono pari a zero in
esposizioni a campi statici (Fig. 2), la restante parte del corpo, cioè gambe e bacino,
viene considerata stazionaria in quella regione. Nella Fig. 2, si evidenzia che, poiché
le regioni al di sotto del pivot del corpo sono più lontane dai campi magnetici di forte
intensità delle bobine di gradiente, l'induzione è minima.
Poiché la densità di corrente si
riferisce
al
campo
elettrico
moltiplicato per la conducibilità dei
tessuti, elevati valori di densità di
corrente si verificano quando si hanno
elevati valori di campo elettrico
combinati con elevate conducibilità,
come nei muscoli e nel liquor. Dai
risultati illustrati nella Fig. 2, le
intensità maggiori di campo sono
indotte nel tronco encefalico, nel
cervelletto,
nei
lobi
temporali
e
frontali, nella superficie del cervello,
negli occhi, nel naso, nella bocca,
nella tiroide e nel tessuto muscolare
della parte superiore della schiena.
Fig. 2 - Distribuzione dell’intensità di
corrente nel modello femminile esposto
al campo magnetico di 1.5T, 4T, 7T, e
all’angolo massimo di piegamento di
80°.
Frequentemente sono state riportate le
risposte fisiologiche di eccitazione
nervosa sotto i 4 T, quali mal di testa
(superficie del cervello), nausea e
18
vertigini (cervello in generale), fosfeni (occhi), intorpidimento e formicolio (schiena
muscolare), perdita di propriocezione ed equilibrio, e un gusto metallico in bocca
(naso e bocca).
Inoltre, il livelli di campo indotto nel modello femminile durante la flessione verso il
gantry sono più grandi di quelli stimolati nel maschio, in particolare nella pelle,
grasso, tessuto muscolare e tessuto cerebrale.
Secondo questo studio l’esposizione dell’operatore al campo magnetico statico e la
conseguente presenza di correnti indotte può superare i limiti definiti nelle linee
guida ICNIRP per l’intensità del campo magnetico statico.
Questo suggerisce chiaramente che possono essere indotte delle correnti nel sistema
nervoso centrale e in altri tessuti del corpo anche durante semplici movimenti di
flessione verso il gantry di un magnete di 1.5 T.
6. RILEVATORI DI CAMPO MAGNETICO
La dosimetria in campo radiologico è una disciplina tecnico-scientifica che valuta,
sia sperimentalmente che mediante calcoli teorici, le distribuzioni dell’assorbimento
delle radiazioni ionizzanti quando esse interagiscono con il corpo umano.
In Risonanza Magnetica non si può parlare di dosimetria ma di rilevazione, in quanto
il campo magnetico statico non viene assorbito dal corpo umano.
Poiché le ditte utilizzano impropriamente la denominazione “dosimetro” per analogia
con le radiazioni ionizzanti, da qui in poi userò il termine “dosimetria”, anche se
impreciso. Attraverso l’utilizzo di dosimetri per risonanza magnetica è possibile
registrare la presenza e l’intensità del campo magnetico, in modo da monitorare
l’esposizione dell’operatore a tali forze di campo ed assicurare che tale esposizione
sia mantenuta nei limiti previsti dalla legge.
Attualmente in Italia esistono due ditte che producono dosimetri per risonanza
magnetica, Te.Si.A Srl (Mafiss) (sito: http://www.tesiasrl.it/) e TECNORAD Srl
(Talete) (sito: http://www.tecnorad.it/) che offrono commercialmente il primo ed
19
unico sistema di dosimetria personale per campi magnetici statici, prodotto e
brevettato da AITECH (sito: http://www.aitech.rm.it ).
I dosimetri per risonanza magnetica sfruttano dei sensori ad effetto Hall per generare
un segnale elettrico proporzionale al campo magnetico da misurare.
6.1 L’EFFETTO HALL
L'effetto Hall consiste nella formazione di
una differenza di potenziale sulle facce
opposte di un conduttore elettrico dovuta a
un campo magnetico perpendicolare alla
corrente elettrica che scorre in esso. Quando
sui terminali di un conduttore si applica
una tensione V, questa, crea un flusso di
elettroni dal punto A verso il punto B. Se si
Fig. 3 - Schema simbolico di un
sensore ad effetto Hall
avvicina un magnete al conduttore (Fig.4),
il flusso di elettroni subisce una deviazione
dal percorso rettilineo, con un certo addensamento verso il punto D ed un
diradamento nella zona prossima al punto C su di loro agisce la forza di Lorentz:
dove:
·
q è la carica dell'elettrone pari a
−1,6 · 10−19 C.
·
v è la velocità dell'elettrone e B è il
campo magnetico
Fig. 4 – Interpretazioni
schematiche dell'effetto Hall
20
Il risultato elettrico più appariscente è quello della presenza di una tensione, fra i
punti C e D, segnalata dall'indice del voltmetro.
Invertendo le polarità del magnete, anche la corrispondente concentrazione di
elettroni e la deviazione dell'indice dello strumento si invertono. Con il risultato
che il punto C è questa volta più negativo del punto A e l'indice del voltmetro
flette verso i valori positivi.
In generale, dunque, la tensione di Hall si manifesta quando un campo magnetico
di intensità H coinvolge, trasversalmente, un conduttore percorso da corrente ed è
rilevabile fra le estremità delle due sezioni perpendicolari.
7. DOSIMETRI PERSONALI
La correlazione tra l’esposizione del personale sanitario al campo magnetico statico e
gli eventuali effetti biologici derivanti è piuttosto complessa, in quanto i fattori che
possono influenzarla sono molteplici, tra i quali:
A. Parametri legati alla sorgente del campo magnetico: intensità
e tipo di
magnete;
B. Parametri legati all’esposizione: tessuto ed organo esposto (permeabilità,
conduttività, ecc.), polarizzazione (seduto, in piedi, sdraiato, etc.), tipo di
esposizione.
Considerando, inoltre, che il personale tecnico professionalmente esposto
(ovviamente non portatore di: pacemaker, protesi metalliche, medicamenti, etc.), non
permane in un preciso punto per l’intero turno di lavoro ma risulta esposto a campi
magnetici ad intensità variabile, non si ritiene scientificamente corretta una
«dosimetria di massa» attraverso un solo dosimetro inserito nella zona o locale di
rischio. Si ritiene, invece, indispensabile per il lavoratore o l’individuo
professionalmente esposto, la conoscenza dell’intensità del campo magnetico statico
correlato con il tempo di permanenza a tale valore e dunque effettuare una misura
che sia sempre collegata all’effettivo spostamento del lavoratore durante lo
svolgimento delle sue funzioni lavorative. Tale risposta si può però avere solo con un
21
apparecchio di misura personale di tipo intelligente che gestisca i valori rilevati
correlandoli con il tempo di esposizione.
7.1 MATERIALI E METODI
Con l’ausilio di un Gaussmetro è stato possibile misurare i valori di intensità di
campo ai quali sono sottoposti gli operatori sanitari che svolgono il loro turno
lavorativo in risonanza magnetica durante l’esecuzione di tre tipologie di esami,
quali encefalo, addome e colonna lombo-sacrale.
Nelle Tabelle 6.,7.,8., sono riportate le misure dei tempi di permanenza (s) degli
operatori per varie tipologie di esame, e le relative intensità del campo magnetico
(G). Le misure sono state effettuate all’altezza di 150 cm dal pavimento ad una
distanza fissa dal lettino di 20 cm, variando quindi la posizione lungo l’asse Z.
Si introduce un indicatore di esposizione definito dal tempo totale di esposizione e
dal valore medio pesato sui tempi (Somma dei prodotti tempo * intensità divisa per il
tempo totale) del campo magnetico alle varie posizioni.
E’ possibile notare chiaramente come siano variabili i valori dei tempi di esposizione
e delle intensità di campo magnetico statico all’operatore durante l’esecuzione degli
esami. L’esame di risonanza magnetica all’encefalo è stato effettuato con un
tomografo Siemens da 1 T, mentre gli esami di risonanza magnetica all’addome e
alla colonna lombo-sacrale sono stati effettuati con un tomografo Siemens da 1.5 T.
22
Tabella 6. Magnete da 1 T
TIPO DI ESAME
ENCEFALO
ENCEFALO
ENCEFALO
pz.1
pz.2
pz.3
86 s, 802 G
38 s, 802 G
59 s, 802 G
CENTRATURA
5 s, 870 G
7 s, 870 G
4 s, 870 G
DIMISSIONE
98 s, 840 G
65 s, 840 G
54 s, 840 G
INDICATORE
189 s, 822 G
110 s, 828 G
117 s, 821 G
ADDOME
ADDOME
ADDOME
pz.1
pz.2
pz.3
POSIZIONAMENTO
227 s, 570 G
176 s, 570 G
230 s, 570 G
CENTRATURA
10 s, 1180 G
125 s, 1180 G
17 s, 1180 G
DIMISSIONE
79 s, 590 G
119 s, 590 G
92 s, 590 G
INDICATORE
316 s, 594 G
420 s, 757 G
339 s, 606 G
POSIZIONAMENTO
ESPOSIZIONE
Tabella 7. Magnete da 1.5 T
TIPO DI ESAME
ESPOSIZIONE
23
Tabella 8. Magnete da 1.5 T
TIPO DI ESAME
RACHIDE LS
RACHIDE LS
RACHIDE LS
pz.1
pz.2
pz.3
POSIZIONAMENTO
93 s, 513 G
98 s, 513 G
92 s, 513 G
CENTRATURA
8 s, 1700 G
30 s, 1700 G
12 s, 1700 G
DIMISSIONE
54 s, 817 G
11 s, 817 G
34 s, 817 G
INDICATORE
155 s, 680 G
139 s, 793 G
138 s, 691 G
ESPOSIZIONE
Verosimilmente l’operatore che svolge la propria attività con un magnete da 1 T sarà
soggetto ad un’intensità di campo magnetico medio inferiore, a parità di tempo e
distanza, rispetto ad un operatore che svolge la propria mansione con un magnete da
1.5 T.
Di seguito sono riportate le linee di campo magnetico dei due tomografi Siemens con
i quali sono state effettuate le misure (1T e 1.5T).
24
Fig. 5 - Mappa isolivelli RM Siemens 1.5 Tesla – Radiologia
Ospedale Civile Maggiore – VR
Fig. 6 - Sezione isolivelli RM Siemens 1.5 Tesla – Radiologia
Ospedale Civile Maggiore - VR
25
Fig. 7 - Mappa isolivelli RM Siemens 1.0 Tesla – Neuroradiologia
Ospedale Civile Maggiore – VR
Fig. 8 - Sezione isolivelli RM Siemens 1.0 Tesla – Neuroradiologia
Ospedale Civile Maggiore – VR
26
Fig. 9 - Classificazione delle aree di lavoro
Sono state effettuate otto misure di intensità del campo magnetico statico, attraverso
l’ausilio di un Gaussmetro, di un magnete di 1.5 T a 110 cm da terra e a 20 cm dal
bordo lettino, variando di volta in volta solo la distanza dal gantry.
Successivamente sono state effettuate le stesse misure (alle stesse distanze)
utilizzando i dosimetri Mafiss e Talete in modo da confrontarne i valori con quelli
ottenuti attraverso il Gaussmetro e testare l’accuratezza dei dosimetri.
Nell’effettuare la media dei valori nei vari range temporali, sono stati presi in
considerazione quelli centrali corrispondenti all’intervallo di tempo in cui il
dosimetro è permanso fermo e nel punto stabilito, poiché, prima del raggiungimento
27
dell’esatta posizione, il dosimetro ha subito degli spostamenti rilevando valori di
campo magnetico che inficerebbero la validità del risultato.
Non è stato possibile stabilire quale dei due dosimetri è più accurato poiché, per
motivi tecnici, non è stato possibile effettuare le misure sullo stesso magnete e
simultaneamente, ma su magneti diversi (aventi comunque una intensità di campo di
1.5T) e in giorni differenti. Conseguentemente, data la differenza delle linee di
campo tra un magnete e l’altro, anche se minima, e tenendo in considerazione il
margine di errore durante il posizionamento dei dosimetri nelle diverse giornate e
nelle coordinate spaziali stabilite, i valori misurati non possono essere considerati
assoluti .
E’ possibile tuttavia affermare che entrambi i dosimetri possiedono una buona
capacità di rilevazione e che i risultati ottenuti dalle misurazioni dosimetriche sono
accettabili e numericamente vicini a quelli rilevati attraverso il Gaussmetro.
Fig. 10 - Schema delle distanze con le quali sono state effettuate le misurazioni
dosimetriche.
28
Tabella 9. Misurazioni dell’intensità del campo magnetico statico effettuate con
il Gaussmetro
DISTANZA
INTENSITA’ DEL
INTENSITA’
INTENSITA’
DAL
CAMPO
MISURATA
MISURATA
GANTRY
MAGNETICO
CON TALETE
CON MAFISS
20 cm
2.520 Gauss
2.460 Gauss
2.558 Gauss
40 cm
1.900 Gauss
1.900 Gauss
1.548 Gauss
60 cm
997 Gauss
870 Gauss
884 Gauss
80 cm
425 Gauss
410 Gauss
502 Gauss
100 cm
260 Gauss
230 Gauss
356 Gauss
120 cm
145 Gauss
130 Gauss
288 Gauss
150 cm
67 Gauss
60 Gauss
229 Gauss
200 cm
22 Gauss
40 Gauss
194 Gauss
29
Fig. 11 - Grafico dei valori di Campo Magnetico Statico in relazione al tempo.
Le misure sono state effettuate alle seguenti distanze:110cm da terra, 20cm dal
bordo lettino, e rispettivamente 20-40-60-80-100-120-150-200cm dal gantry.
Fig. 12 - Grafico dei valori di Campo Magnetico Statico in relazione al tempo.
Le misure sono state effettuate alle seguenti distanze:110cm da terra, 20cm dal
bordo lettino, e rispettivamente 20-40-60-80-100-120-150-200cm dal gantry.
30
Ogni dosimetro è stato posto nei punti precedentemente descritti per un intervallo di
tempo di circa 2 minuti. Dato che la frequenza di campionamento dei dosimetri è di 1
secondo per il Mafiss e 0.1 secondi per il Talete, è stato possibile ottenere misure
ripetute di valori di campo magnetico. Dalla distribuzione normale dei dati è stato
ricavato il valore medio del campo magnetico misurato in un punto (valori riportati
in Tabella 9).
E’ stata valutata la precisione dei due dosimetri, calcolando la dispersione della
distribuzione normale s dell’insieme di misure ad una prefissata intensità di campo
magnetico. Si è assunto, come indice di precisione, un intervallo di confidenza da
-3s a +3s in modo che la probabilità associata è 99,7%. Ovvero solo lo 0.3 % delle
determinazioni statisticamente ha valori esterni all’intervallo scelto.
Dal confronto dei risultati si evince che il sistema dosimetrico Talete è superiore in
precisione rispetto al sistema Mafiss (Tabella 10).
Tabella 10. Misurazione della precisione dei dosimetri Talete e Mafiss (a varie
distanze dal gantry).
3 s TALETE
3 s MAFISS
0.45
12.37
0.56
10.04
0.17
12.21
0.46
6.01
1.02
7.60
0.00
8.96
0.62
9.04
1.50
10.24
31
Fig. 13 - Grafico dei valori di Campo Magnetico Statico in funzione della
distanza dal gantry. Le misure effettuate con Talete sono molto precise (le
barre di incertezza su Bmedio non sono visibili).
Fig. 14 - Grafico dei valori di Campo Magnetico Statico in funzione della
distanza dal gantry. Le misure effettuate con Mafiss mostrano una minor
precisione (sono visibili nel grafico le barre di incertezza).
32
Tabella 11. Misure effettuate a 170 cm da terra per la testa e 117 cm da terra
per le mani, cambia solo la distanza dell’operatore dal gantry per i vari tipi di
esame.
ENCEFALO (1 T)
ADDOME (1.5 T)
COLONNA L-S (1.5 T)
DISTANZA 30 cm dal gantry
56 cm dal gantry
70 cm dal gantry
MANI
1900 Gauss
1427 Gauss
1130 Gauss
TESTA
240 Gauss
980 Gauss
230 Gauss
Le misure sono state effettuate simulando la posizione del TSRM per tipici esami e
misurando sempre un campo massimo di circa di 250 mT.
Come già detto, i limiti di legge sono:
INTENSITÀ DI CAMPO
MASSIMO
> 200 mT
Ipotizzando un numero di esami pari a
DURATA MASSIMA
DELL’ESPOSIZIONE
1 ora/giorno
20 esami/gg otteniamo un tempo di
esposizione di 3 minuti/esame, tempi effettivamente prossimi a quelli reali necessari
al posizionamento del paziente. Da questo la necessità di rilevazione dell'intensità di
campo personalizzata per ogni lavoratore.
33
7.2 RIDUZIONE DELL’ESPOSIZIONE DEL T.S.R.M.
Durante l’esecuzione degli esami il Tecnico di Radiologia è sottoposto a forze di
campo frequentemente variabili e dipendenti da fattori poco costanti e difficilmente
prevedibili.
La distanza e la posizione che l’operatore occupa all’interno della diagnostica, e il
tempo di permanenza in essa, dipendono dal tipo di paziente (giovane, anziano,
collaborante, deambulante, claustrofobico, ansioso…), dal tipo di esame da eseguire
e dalle conoscenze del paziente inerenti all’esame.
Per tali ragioni le misure sopra elencate sono riferite ad esami effettuati su pazienti
“ideali”, pertanto i tempi e l’esposizione al campo magnetico statico possono subire
delle variazioni se effettuate in altre condizioni.
In tutti i casi è possibile adottare delle manovre che possono ridurre notevolmente
l’esposizione del tecnico di radiologia al campo magnetico statico. La prima strategia
da attuare è quella di permanere all’interno della sala magnete per il minor tempo
possibile svolgendo all’esterno della sala magnete tutte le operazioni che non
necessitano della presenza del paziente all’interno della sala, e quindi anche
dell’operatore. E’ possibile preparare all’esterno della sala magnete
una breve
anamnesi, informare il paziente sulle modalità di esecuzione dell’esame e sulla
preparazione da effettuare., chiedere notizie riguardanti esami precedenti qualora ce
ne fossero, rassicurare il paziente se occorre.
All’interno della sala magnete il tecnico di radiologia deve mantenere la maggiore
distanza possibile dal magnete, compatibilmente con le attività da svolgere. Alcune
operazioni, quali: la pulizia del lettino e dei dispositivi di contenimento o degli ausili
per il paziente, la preparazione della pompa per l’infusione del mezzo di contrasto e
l’assistenza al paziente, possono essere effettuate mantenendo la distanza massima
dal magnete senza inficiarne l’efficacia. Ultimo accorgimento, ma non meno
importante, tutte le operazioni di centratura del paziente e di posizionamento delle
bobine possono essere effettuate distendendo al massimo le braccia in modo da
allontanare la testa e il tronco dal centro del magnete, risparmiando l’esposizione di
quest’ultime a scapito degli arti.
34
Osservando questi piccoli accorgimenti, che dovrebbero far parte delle abitudini di
tutti i tecnici di radiologia che svolgono la loro attività nella diagnostica di risonanza
magnetica, si otterrebbe un risparmio notevole di esposizione.
8. SISTEMA PER IL RILEVAMENTO DEI CAMPI MAGNETICI STATICI
MAFISS
Il MAFISS è un sistema progettato e dimensionato per l’acquisizione e la gestione
automatica di tutte le misure con la successiva elaborazione delle stesse in località
remota.
Il sistema comprende quattro unità indipendenti:
1. Dosimetro per campi magnetici: Magnetic Fields Dosimeter (MFD)
2. Unità per la carica/scarica batterie dei dosimetri: Dosimeter Recharging Unit
(DRU)
3. Unità computer locale: Local Computer Unit (LCU)
4. Unità computer remota: Remote Computer Unit (RCU)
8.1 DOSIMETRO PER CAMPI MAGNETICI (MFD)
Il dosimetro rappresenta l’unità fondamentale del sistema, effettua la rilevazione del
campo magnetico in modo isotropico, memorizzando i dati in modo continuo per
circa 16 ore. Ogni dosimetro rappresenta un’unità individuale alla quale viene
assegnato un codice software che lo rende sempre identificabile fra gli altri. L'unità è
racchiusa in un piccolo contenitore (7 x 4 x 1 cm) munito di clips e dunque
facilmente indossabile.
35
8.2 UNITA’ PER LA RICARICA DEI DOSIMETRI (DRU)
Fig. 15 – Dosimetro MAFISS
indossato dall’operatore
Fig. 16 – Dosimetro MAFISS
Tale unità gestisce la carica dei dosimetri e costituisce la custodia degli stessi quando
non sono usati dai tecnici. L’unità è collegata con il computer locale tramite un cavo
dedicato. La DRU effettua la carica e la scarica delle batterie dei dosimetri
singolarmente. La DRU effettua la carica e la scarica delle batterie dei dosimetri
singolarmente. Il tempo di carica massimo è di circa tre ore e quello di scarica di
circa un’ora. La DRU è protetta contro i sovraccarichi ed ogni eventuale anomalia
viene comunicata all’unità locale e da questa all’unità remota.
8.3 UNITA’ COMPUTER REMOTA (LCU)
Questa unità permette di essere collegati al computer locale da un luogo diverso da
dove si sta effettuando il monitoraggio. Il prelievo dei dati memorizzati avviene
mensilmente o, su richiesta, in periodi diversi, direttamente da parte della Società di
gestione a mezzo modem (già installato nell’Unità Computer Locale) senza alcun
intervento da parte del personale della struttura servita. A tale unità è quindi affidata
la gestione di tutto il sistema e la successiva
elaborazione dei dati raccolti
36
provenienti dalla LCU. I dati elaborati verranno inoltrati al cliente che potrà
utilizzarli per una reale protezione fisica dei lavoratori monitorati.
Fig. 17 – Posizionamento dei
Fig. 18 – Unità per la ricarica dei dosimetri
dosimetri nella DRU
(DRU)
37
8.4 DESCRIZIONE DELLE OPERAZIONI
I dosimetri (MFD) vengono indossati dal personale che opera negli ambienti di
risonanza magnetica nucleare per tutto l’orario di lavoro. Durante il tempo massimo
(10 ore) i dosimetri memorizzano le misure effettuate. Finito il periodo di lavoro
ogni dosimetro viene riposto nell’unità prevista per la ricarica (CRU). In questa fase
ogni dosimetro scarica tutti i dati memorizzati nell’unità computer locale (LCU). Il
computer locale acquisisce e memorizza i dati di tutti i dosimetri. Ogni dosimetro ha
un codice di identità per cui anche riponendolo a caso nell’unità di custodia, il
computer è in grado di individuarlo. La LCU dispone di una notevole memoria di
massa che gli consente un’autonomia di registrazione dei dati anche di mesi.
Dopo la fase di acquisizione il sistema inizia la ricarica contemporanea di tutte le
batterie. La ricarica dura circa tre ore per batterie completamente scariche. Durante
questa fase occorre evitare di togliere i dosimetri dalla custodia. Se le batterie non
sono completamente scariche il loro tempo di ricarica è più breve e variabile. Per
questo motivo sull’unità per la ricarica sono presenti due leds per ogni dosimetro,
che visualizzano lo stato di carica delle batterie. Lo scopo comunque del computer
locale è di tenere disponibili i dati al computer di elaborazione remoto. Infatti il
computer remoto ha la possibilità di colloquiare con il locale in ogni momento per
avere tutti i dati registrati. La comunicazione fra i due avviene via modem attraverso
una comune linea telefonica grazie ad un software di gestione opportunamente
sviluppato. Tutti i dati ricevuti vengono elaborati dal computer remoto e tutte le
informazioni riguardanti il monitoraggio saranno disponibili sia in formato numerico
che grafico. Si potrà sapere quindi a quale livello di campo magnetico l’operatore in
esame è stato esposto e per quanto tempo.
I dati verranno visualizzati nei seguenti formati:
· campo magnetico totale: valore medio o di picco;
·
campo magnetico singolo per ogni asse: valore medio o di picco.
Inoltre tutte le valutazioni terranno conto degli intervalli di campo magnetico statico
previsti dalla normativa vigente rapportando i valori trovati con i rispettivi limiti di
range. La valutazione finale evidenzierà eventuali superamenti dei limiti imposti.
38
8.5 SPECIFICHE TECNICHE DEL MAFISS
CAMPO DI APPLICAZIONE
Campi magnetici statici
(es.: NMR)
TIPO SONDE
Hall
N° SONDE DOSIMETRO
3
DISPOSIZIONE SONDE NEL DOSIMETRO
Ortogonali
SCALA
1 – 2.000 G
RICONOSCIMENTO DOSIMETRO (MDF)
Automatico – via address
su EEPROM
PESO DOSIMETRO (MDF)
80 gr
PORTA COLLEGAMENTO
RS - 232
TRASFERIMENTO DATI AL PC
TIPO BATTERIE NEL DOSIMETRO
Ricaricabili al NiMH
DURATA BATTERIE DOSIMETRO
10 - 15 h
FREQUENZA DI CAMPIONAMENTO
5 sec
NOMINALE
CAPACITA’ MAX MEMORIA INTERNA
64 kB (1 campione = 6 Byte
DOSIMETRO
sui tre assi)
N° MAX DATI REGISTRABILI
32.000
TRASMISSIONE DATI MDF Þ DRU
Automatica impostabile
durante ore notturne
INTERVALLO TEMPERATURA
15 – 35 °C
FUNZIONAMENTO
INTERVALLO UMIDITA’ FUNZIONAMENTO
40 – 70 %
CERTIFICAZIONE
EEC 73/23 – 93/68
COMPATIBILITA’
EMC 89/336
DURATA CALIBRAZIONE SONDE
1 anno
GARANZIA
1 anno
UNITA’ DI MISURA
Gauss (1 T = 10.000 G)
39
9. SISTEMA PER IL RILEVAMENTO DEI CAMPI MAGNETICI
STATICI TALETE
TALETE è l'innovativo sistema prodotto da TECNORAD per il monitoraggio
continuo dei campi magnetici statici a cui è esposto il personale che lavora in
Risonanza Magnetica Nucleare (RMN) al fine di garantire la qualità delle condizioni
di sicurezza ed il rispetto dei limiti di esposizione fissati dalla norma.
Fig. 19 - 20 – Dosimetro TALETE indossato dall’operatore
TALETE garantisce:
·
il monitoraggio continuo dei campi magnetici statici e la memorizzazione dei
dati rilevati;
·
la sorveglianza del personale esposto in RMN;
·
la documentazione del rispetto degli standard di sicurezza e livelli di
esposizione del personale esposto in RMN fissati dalla normativa.
40
TALETE è composto da:
·
Unità di Monitoraggio Personale (UMP)
·
Software di gestione
·
Cavo Interfaccia
·
Base
TALETE è installabile in pochi minuti.
Per la sua attivazione è sufficiente installare il Software inviato da TECNORAD via
e-mail e collegare al PC il Cavo Interfaccia inviato insieme all'Unità di Monitoraggio
Personale e alla Base.
9.1 UNITÀ DI MONITORAGGIO PERSONALE
L'UMP è un dispositivo portatile di piccolissime dimensioni (cm 6 x 3,5 x 2), del
peso di soli 27 grammi, che l'operatore indossa agevolmente durante la permanenza
in RMN grazie alla clip incorporata alla struttura dell'unità.
Nel corso del monitoraggio l'UMP misura in continuo i valori di campo magnetico e
contemporaneamente li registra in una memoria non volatile; tutti i dati registrati
sono trasferiti tramite il software di gestione.
L'UMP è dotata di speciali sensori che rilevano il campo in maniera perfettamente
isotropa ed è caratterizzata dall'assenza di componenti che possono essere attratte dal
campo magnetico. Durante la sua assenza, l'operatore può interrompere
automaticamente il monitoraggio inserendo l'UMP nella Base.
41
9.2 BASE
La Base e' realizzata per l'alloggiamento delle UMP tramite appositi connettori; e'
collegabile normalmente alla rete elettrica tramite il cavo fornito in modo da
permettere contemporaneamente la carica della batteria.
Quando l'UMP viene inserita nella Base, in modo automatico si arresta il
monitoraggio e contemporaneamente e si avvia la ricarica della batteria.
La Base ha un basso contenuto di materiali ferrosi che gli permette di essere
posizionata anche all'interno della sala magnete qualora il regolamento lo preveda.
La Base dispone di marcatura CE (Direttiva 89/336).
Fig. 21 – Posizionamento dei dosimetri nella base
42
9.3 SOFTWARE
Il software realizzato da TECNORAD si installa in pochi minuti direttamente dal
Cliente sul proprio PC tramite apposito file guida molto semplice. Sul PC deve
risiedere il pacchetto Office 2000.
Il Software gestisce le seguenti funzioni:
1. acquisizione dei dati dalle Unità di Monitoraggio Personale
2. memorizzazione dei dati su memoria di massa del PC
3. trasmissione dei dati via e-mail al Centro Elaborazione Dati TECNORAD
4. gestione e segnalazione quotidiana immediata dei dati di superamento dei
limiti mediante trasmissione al Centro Elaborazione Dati TECNORAD
Quotidianamente, al termine della giornata lavorativa, l'Unita' di Monitoraggio
Personale deve essere collegata al PC
tramite il Cavo Interfaccia per avviare
automaticamente l'acquisizione dei dati
memorizzati ed il calcolo del rispetto
dei limiti di esposizione giornalieri. I
dati giornalieri acquisiti sono inviati
via e-mail a TECNORAD che a fine
mese trasmette il Report al Cliente.
Nel caso in cui il valore limite
giornaliero di esposizione fosse stato
superato
nel
tempo
massimo
consentito, il Software gestisce una
segnalazione
urgente
all'indirizzo
indicato dal Cliente.
Fig. 22 – Software realizzato da Tecnorad
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Fig. 23 - Software per l’elaborazione dei dati rilevati dal dosimetro Talete.
Fig. 24 - Software per l’elaborazione dei dati rilevati dal dosimetro Talete.
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9.4 REPORT
Sulla scorta dei dati trasmessi quotidianamente dal Cliente a TECNORAD via email, viene inviato al Cliente, sempre via e-mail, il Report mensile che fornisce:
·
il riepilogo dell'esposizione mensile dell'operatore;
·
la distribuzione statistica delle misure di campo nel mese con evidenza delle
fasce di rischio;
·
la rappresentazione grafica della distribuzione dei valori di campo mensili.
Il Report evidenzia i dati per i valori di campo più significativi elencando tutti i
tempi mensili di permanenza dell'operatore ai diversi valori di campo evidenziando
le fasce più a rischio con diversi colori tendenti al rosso.
Nel caso in cui l'esposizione giornaliera avesse superato i limiti, TECNORAD, non
appena ricevuta l'e-mail quotidiana del Cliente con il riepilogo dell'esposizione
giornaliera, comunica i dati via e-mail all'indirizzo richiesto. Il Report mensile indica
in ogni caso i giorni in cui non è stato rispettato il limite di esposizione giornaliero
così come previsto dalla normativa.
9.5 CERTIFICAZIONI DEL SISTEMA TALETE
Al fine di accertare la correttezza e la qualità dei dati forniti dal nuovo sistema per il
rilevamento dei campi magnetici, TECNORAD ha chiesto a due importanti Enti
Pubblici di sottoporre TALETE a test approfonditi. Lo scopo delle misure effettuate
è quello di valutare il grado di precisione del sistema.
Il Servizio di Fisica Sanitaria dell'Azienda Provinciale Servizi Sanitari di Trento e i
Laboratori Nazionali del Sud Ciclotrone Superconduttore INFN di Catania hanno
effettuato prove sperimentali sulle Unità di Monitoraggio in varie condizioni di
lavoro.
I risultati hanno dimostrato l’eccellente grado di precisione del sistema, come
sintetizzato dalle conclusioni riportate di seguito:
45
·
I dati misurati sono perfettamente compatibili con l'attività svolta.
·
I misuratori automatici di intensità di campo magnetico hanno mostrato una
buona affidabilità nel monitoraggio di ambienti in cui il campo magnetico
disperso può raggiungere valori diversi e superiori del valore medio del campo
magnetico terrestre.
46
10. CONCLUSIONI
Pur non essendo dimostrata con evidenza scientifica la comparsa di effetti biologici
permanenti derivanti dall’esposizione al campo magnetico statico, è necessario
mantenere tale esposizione al livello più basso possibile, tramite degli accorgimenti
che dovrebbero entrare a far parte della quotidianità dell’operatore durante i turni di
lavoro. Tutto questo anche per ottemperare a precisi obblighi di legge.
L’esposizione dell’operatore al campo magnetico statico dipende da fattori che non
possono essere previsti a priori, di conseguenza l’operatore è esposto ad una intensità
di campo magnetico variabile, come dimostrato nelle Tabelle 5-6-7.
Per tali ragioni è necessario utilizzare dei dispositivi che monitorino l’intensità di
campo magnetico al quale l’operatore è esposto, costantemente, per tutta la durata
del turno lavorativo. L’utilizzo di un sistema di rilevazione “portatile” e “personale”
del campo magnetico statico risulta, a mio avviso, l’unico mezzo efficace per
assicurare all’operatore il monitoraggio continuo dell’esposizione al campo
magnetico statico e il non superamento delle soglie previste dalla legge.
Dalle misure effettuate si evince che entrambi i dosimetri hanno rilevato un valore di
intensità di campo magnetico statico sufficientemente comparabile con le intensità
rilevate attraverso il Gaussmetro.
Per quanto riguarda la precisione dei due dispositivi, il Talete ha fornito un risultato
migliore rispetto al Mafiss, ma entrambi i sistemi hanno una sufficiente precisione ed
anche una sufficiente accuratezza per gli scopi prefissi.
Bisogna comunque sottolineare che questo nuovo tipo di tecnologia è in fase di
perfezionamento.
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BIBLIOGRAFIA GENERALE
[1]Mazzuccato, F. “Tecnica e Metodologia propedeutiche alla diagnostica mediante
immagini”, Padova, Piccin, 1997.
[2]Scatto, L. - Mirarchi, L. “Principi di Imaging della Risonanza Magnetica”.
[3]Commissione Internazionale per la Protezione dalle Radiazioni non Ionizzanti
(ICNIRP) “Linee Guida per la Limitazione dell’esposizione a Campi Elettrici e
Magnetici Variabili nel Tempo ed a Campi Elettromagnetici (fino a 300 GHz)
1998”.
[4]Pennarola –Schilliro’ p 136 segg “Campi Magnetici – Risonanza Magnetica
Nucleare Effetti Biologici”.
[5]H. Wang, A. Trakic, F. Liu, and S. Crozier: “Numerical Field Evaluation of
Healthcare Workers When Bending Towards High-Field MRI Magnets”.
Magnetic Resonance in Medicine 59:410–422 (2008)
[6]Zingoni, R.- Tiberi, B- Di Nallo, A.M. “Standard di sicurezza e livelli di
esposizione in Risonanza Magnetica Nucleare”.
[7]MAFISS Magnetic Field Survey System – “Dosimetria Personale Risonanza
Magnetica”.
[8]Tecnorad Personal Dosimetry Service-Campi Magnetici.
[9]Giovannetti, G., Istituto di Fisiologia Clinica – C.N.R. (Pisa) ”Effetti biologici dei
campi impiegati in MR”.
[10] Commissione Internazionale sulla Protezione dalle Radiazioni Non
Ionizzanti(2009) “Linee Guida sui Limiti di Esposizione a Campi Magnetici
Statici”.
[11] Laboratorio di Fisica della Materia, Corso di Laurea in Scienza dei Materiali.
A.A. 2002-2003 “Effetto Hall”.
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RINGRAZIAMENTI
Un sentito ringraziamento per la guida competente e solerte va all’Ing. Luciano
Mirarchi e al Dott. Aldo Valentini, che con pazienza e spirito critico mi hanno
sostenuta, consigliata e aiutata durante tutto lo svolgimento della tesi, sempre
disponibili a dirimere i miei dubbi durante la stesura di questo lavoro e senza i quali
non sarebbe stato possibile realizzare questo elaborato.
Desidero ringraziare il Dott. Daniele Ravanelli per la sua preziosa collaborazione e
prontezza nei chiarimenti e suggerimenti.
Ringrazio la Dott.ssa Maria Grazia Giri per la sua disponibilità, l’Unità Operativa di
Risonanza Magnetica dell’Ospedale Civile Maggiore di Borgo Trento e
dell’Ospedale Santa Chiara di Trento per avermi concesso con pazienza la possibilità
di effettuare le misure dosimetriche.
Un grazie particolare va alla mia famiglia che con immensa fiducia mi ha sostenuta
in questo percorso di studi.
Infine ringrazio tutti i docenti che hanno contribuito alla mia formazione culturale e
il coordinatore del corso di laurea Dott. Flavio Rigo per la guida durante questo
meraviglioso percorso di vita.
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