Лучевая диагностика. Магнитно-резонансная томография. Безопасность, контроль эксплуатации, артефакты от металлов. Учебное пособие

1.2.2. Косвенные биоэффекты

Постоянное магнитное поле. Опасность для здоровья пациента и персонала при нахождении в постоянном магнитном поле связана с наличием ферромагнитных материалов в теле, в одежде или в комнате сканирования (процедурной).

Ферромагнетики – это вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, которая способна усиливать внешнее магнитное поле. В результате изделия из ферромагнитных материалов под действием магнитного поля притягиваются к его источнику. К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и их сплавы, также сплавы хрома и марганца. Из них могут быть сделаны некоторые ИМИ, зажимы, осколки и металлическая стружка в теле пациента; ключи, заколки, пуговицы, металлические нити в одежде, либо крупногабаритные предметы: инвалидные коляски, кровати-каталки, кушетки, баллоны со сжатым газом, огнетушители и пр.

Постоянные магнитные поля могут привести к нарушению функций активных ИМИ. Например, если в электрокардиостимуляторе (ЭКС) имеется магнитоуправляемый контакт – геркон, который замыкается магнитными импульсами. Высокое постоянное магнитное поле может активировать геркон и вернуть устройство к режиму асинхронной стимуляции, что может привести к выраженным нарушениям ритма и даже гибели пациента.

Градиентное магнитное поле. В градиентных магнитных полях разные изделия могут нагреваться в результате индуцирования электрического тока, о котором мы уже говорили в разделе прямых эффектов, а также начать вибрировать за счет изменения величины магнитного поля, а следовательно, воздействовать на окружающие ткани.

Еще одним фактором воздействия здесь будет шум, источником которого становятся колебания градиентных катушек, связанные с быстрым изменением знака подаваемого на них напряжения. Уровень акустического шума зависит от типа выбранной последовательности. Так, например, при эхо-планарной последовательности он может составлять порядка 110—120 дБ. Высокий уровень шума может понизить чувствительность органов слуха и стать причиной тревоги и дискомфорта. Для минимизации воздействия акустического шума применяются наушники и беруши.

РЧ-магнитное поле. Аналогично переменным градиентным переменные РЧ-поля являются источником передаваемой пациенту энергии. УКП РЧ-энергии применяется и в оценке косвенных биоэффектов, а именно нагрева ферромагнитных материалов, который может стать причиной ожогов. Кроме того, электроды и провода активных имплантов могут действовать как антенна, концентрируя РЧ-энергию, производимое тепло и электрические токи, которые могут вызвать некроз ткани, стимулировать жизнеугрожающие аритмии. Также может произойти сброс параметров активных имплантов (ЭКС) или истощение батареи.

Криогенная жидкость у МР-томографов со сверхпроводящей катушкой. Основная опасность, связанная с криогенными жидкостями (сжиженный гелий) МР-томографа, заключается в вероятности их быстрого вскипания (квенч). За счет резкого повышения температуры жидкость почти мгновенно переходит в газообразное состояние, резко увеличиваясь в объеме. При этом часть газа попадает в процедурную и другие помещения кабинета МРТ, вытесняя воздух и приводя к риску обморожения и гипоксии.

Квенч сопровождается выбросом на улицу низкотемпературного газообразного гелия по аварийному газоотводному каналу. Он может произойти не только при нажатии кнопки аварийного отключения магнита, но также при снижении гелия в системе приблизительно до 30%. При этом сверхпроводимость обмотки магнита теряется, а индукция магнитного поля резко уменьшается за время порядка 20 с.

Восстанавливать работоспособность оборудования после этого затратно не только по времени, но и финансово, поэтому при эксплуатации требуется следить за изменением процентного содержания уровня гелия и наработки компрессора. Также в кабинете МРТ должны быть предусмотрены соответствующие инструкции для персонала [5].

1.2.3. Методы профилактики биологических эффектов магнитного поля

Смещение металлических объектов. Пациента необходимо заранее проверить на наличие любых металлоконструкций с использованием металлодетектора и/или ферромагнитного детектора и убедиться в том, что ни один из присутствующих в теле объектов не будет подвержен критичному смещению за счет взаимодействия с магнитным полем. В исключительных случаях для контроля и оценки положения инородных объектов может быть выполнена рентгенография (РГ).

Все современные ИМИ на этапе проектирования или после производства подвергаются серии экспериментов и маркируются как МР-безопасные, МР-совместимые при определенных условиях или МР-небезопасные (подробнее см. п. 1.5.4).

Следует помнить, что практически не подвержены воздействию поступательной силы в магнитном поле объекты из стекла, большинства пластиков и дерева (не содержащие каких-либо металлических частей в конструкции). Во всех остальных случаях для того, чтобы принять решение о безопасности проведения исследования, следует обратиться к документации на ИМИ и провести комплексный анализ рисков с учетом анатомической области, сроков установки (или травмы в случае инородных тел).

Неидентифицированные объекты требуют особого внимания вне зависимости от габаритов. В качестве примера можно привести значения для объектов сопоставимого размера: сила, действующая в МР-томографе на стент, может составлять порядка 0,2 мН (эквивалент весу ~20 г), а на пулю или дробь – порядка 4,4 Н (~440 г).

Нагрев. Неправильная укладка пациента и соединительных кабелей, датчиков и проводов нередко приводит к многочисленным ожогам. Электрические ожоги могут не вызывать боль немедленно, но и стать причиной повреждения тканей, особенно при температуре свыше 42 °С.

Для предотвращения ожогов, связанных с РЧ-нагревом, при укладке необходимо:

– обеспечивать отсутствие контактов «кожа-кожа», способных сформировать проводящий замкнутый контур через часть тела, например, «внутреннее бедро-бедро», «икра ноги-икра ноги», «рука-рука», «рука-тело», «лодыжка-лодыжка» (рисунок 2а);

Рисунок 2 – Иллюстрация возможных контактов «кожа-кожа» (а) и расположения подушек для их изоляции (б)

– обеспечивать достаточную изоляцию между кабелем и пациентом, если избежать контакта нельзя. Все места возможных соприкосновений РЧ-катушек и тоннеля магнита с открытыми частями кожного покрова пациента должны быть заполнены ковриками из специального диэлектрического материала толщиной не менее 10 мм после сжатия (рисунок 2б);

– не допускать образования петель (перекручивания) соединительными кабелями РЧ-катушек, другого оборудования, размещаемого на пациенте;

– не располагать кабель диагонально через пациента;

– обеспечивать укладку кабеля параллельно главной оси МР-томографа и по возможности близко к изоцентру магнита так, чтобы не было соприкосновения с тоннелем магнита;

– размещать датчики системы мониторинга (электроды ЭКГ-синхронизации, пульсоксиметр) на максимально возможном расстоянии от РЧ-катушки;

– регулярно проверять все катушки, кабели и провода на наличие повреждений и не использовать их, если повреждения обнаружены;

– не допускать попадания влаги на провода, кабели и разъемы РЧ-катушки.

Риск нагрева возникает и в отношении инородных объектов в организме пациента. Если идет речь об имплантах, необходимо строго соблюдать ограничения производителя ИМИ на УКП, по возможности – минимизировать это значение. Важно помнить, что пациент может не почувствовать нагрев из-за снижения чувствительности при ряде заболеваний.

В случае, если нет необходимости сканирования в режиме контроля первого или второго уровня, значение УКП можно снизить настройкой параметров ИП. Наиболее доступные варианты снижения УКП представлены в таблице 1. Но следует учитывать, что это может привести и к снижению качества визуализации.

Ранее считалось, что причиной нагрева имплантов в МР-томографе становится поле B1 (так называемый РЧ-индуцированный нагрев). Однако переменные во времени и пространстве градиентные магнитные поля BG также могут оказывать значимое влияние на температуру металлических объектов. В таблице 2 представлено сравнение разных типов нагрева в зависимости от формы и размеров инородного тела и особо критичные факторы.

Следовательно, минимальный нагрев металлических объектов можно ожидать за пределами тоннеля МР-томографа или в изоцентре, а максимальный – у внутренней поверхности тоннеля.

1.3. Риск для персонала

Длительный негативный эффект магнитного поля на сотрудников кабинетов МРТ не зарегистрирован.

С точки зрения наличия на теле или внутри него различных металлоконструкций к группе потенциального риска (все внимание, как правило, сконцентрировано на пациентах) можно отнести сотрудников кабинета МРТ, других сотрудников МО и сопровождающих пациента, а также персонал сторонних обслуживающих организаций.

Факторы риска для персонала не отличаются от таковых для пациента, за исключением двух моментов:

– во-первых, сотрудники могут подвергаться длительному воздействию ЭМП и, хотя их негативное влияние не доказано, время этого воздействия, согласно СанПиН 1.2.3685, должно быть минимизировано;

– во-вторых, в отличие от пациентов, сотрудники и сопровождающие с большей вероятностью могут передвигаться по кабинету с высокой скоростью, попадая тем самым под действие быстро меняющегося магнитного поля. Рекомендации ICNIRP формализуют требования к скорости движения с учетом параметров поля, но, с практической точки зрения, под безопасной скоростью подразумевается значение порядка 0,25 м/с – медленный шаг.

Чтобы оценить воздействие постоянного и изменяющихся во времени (например, BG) магнитных полей, проводились экспериментальные и модельные исследования. Их результаты показали, что у медицинских работников действительно бывают жалобы на временное возникновение некоторых неприятных симптомов при нахождении в постоянном магнитном поле. В большинстве случаев отмечались головокружения и металлический привкус во рту, которые напрямую были связаны с величиной индукции магнитного поля.

В другом исследовании удалось обнаружить статистически значимую разницу между числом сообщений о головных болях у работников кабинета МРТ и контрольной группы. То же относится к проблемам со сном в этих группах: достоверно чаще они возникают у персонала кабинетов МРТ. Кроме того, значительно чаще у работающих с МРТ (по сравнению с контрольной группой) отмечались миалгии, тахикардия, чрезмерная усталость, проблемы с концентрацией внимания, нервозность и боли в спине.

Примерами косвенных инцидентов, связанных с персоналом, стали случаи в кабинете МРТ, внесенные в базу FDA (Food and Drug Administration – Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США). Так, в 2016 г. инженер обсуживающей организации получил тяжелое обморожение при заполнении системы гелием. Также описаны несколько случаев, связанных с ремонтными работами или монтажом оборудования, в результате которых инженеры получали средние и тяжелые повреждения из-за притягивания металлических деталей к магниту.

Заслуживает внимания и случай, произошедший в 2015 г. во время пожара в одном из медицинских центров США. Несмотря на многочисленные предупреждения, один из сотрудников, тушивших пожар и проверявших помещения, зашел в процедурную кабинета МРТ с огнетушителем и был травмирован из-за примагничивания оборудования. Все эти факты подтверждают необходимость ознакомления с правилами безопасности как непосредственно сотрудников кабинета МРТ, так и персонала других подразделений.

1.4. Обеспечение безопасности в кабинете магнитно-резонансной томографии

Кабинет МРТ должен соответствовать общим требованиям действующего законодательства и нормативной документации.

Так, контроль параметров электромагнитных полей и шумовых характеристик на рабочих местах проводится с целью обеспечения требуемых условий труда медицинского персонала и безопасности пациентов в соответствии требованиями санитарных норм и правил [5, 8, 9, 10].

В связи с этим при вводе МР-оборудования в эксплуатацию и в рамках технической паспортизации кабинетов МРТ проводится проверка наличия документации на кабинет МРТ, включая действующие протоколы испытаний параметров:

– акт ввода в эксплуатацию;

– технологический проект (ТП) кабинета МРТ;

– действующий договор на техническое обслуживание МР-оборудования;

– протокол проверки эффективности воздухообмена во всех помещениях кабинета МРТ;

– протокол проверки электробезопасности, состоящий из протокола проверки заземлителя, протокола проверки наличия цепей заземления и протокола проверки сопротивления изоляции проводов и кабелей;

– протокол проведения измерений уровней шума (измерения следует проводить во время МРТ-сканирования на рабочих местах персонала кабинета МРТ, во всех смежных помещениях);

– протокол исследований ЭМП во всех смежных помещениях и на рабочих местах персонала;

– протокол проверки (установления) области контролируемого доступа (ОКД) – определение границы зоны 0,5 мТл (может быть в составе протокола «Контроль эксплуатационных параметров аппаратов МРТ»).

Протоколы испытаний на соответствие перечисленным требованиям должны быть подготовлены аккредитованной организацией.

1.4.1. Проектирование кабинета магнитно-резонансной томографии

1.4.1.1. Технологический проект

ТП регламентирует размещение оборудования в структуре здания (строящемся или действующем). Размещение оборудования должно обеспечивать его функционирование (последовательность выполнения технологических процессов) при минимальной протяженности функциональных связей и максимальном уклонении от пересечения технологических и транспортных потоков.

Основу ТП составляет план производственных процессов – последовательность действии и операций, которые осуществляет персонал отделения лучевой диагностики (ОЛД) и через которые должен пройти пациент в процессе проведения МРТ-исследования.

ТП должен включать следующую информацию:

1. Планировочные и технологические решения:

– описание технологического процесса, включая планируемый штат и сменность персонала, а также максимальный поток пациентов;

– зонирование помещений и прилегающий территорий с обязательным выделением области контролируемого доступа;

– размещение оборудования;

– требования к отделке помещений;

– требования к микроклимату и вентиляции;

– требования к освещенности;

– требования по электроснабжению и электробезопасности;

– требования к пожарной безопасности;

– перечень проектных аварий и действий по их предотвращению;

– график обслуживания и ремонтных работ, включая требования к исполнителям;

– требования к допустимым уровням шума и вибраций на рабочих местах;

– требования к обеспечению доступа лиц с ограниченными возможностями и транспортировке малоподвижных пациентов (МПП);

– план вывода кабинета из эксплуатации.

2. Требования к системам:

– водоснабжение и водоотведение;

– отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, тепловые сети;

– сети связи и передачи данных;

– медицинское газоснабжение.

Для подтверждения соответствия проектируемого кабинета к ТП следует приложить:

– чертежи с компоновкой помещений и технологического оборудования (план размещения оборудования) и спецификацию оборудования;

– том с описаниями (материалы, площади помещений, транспортные потоки, штатное расписание и т. д. с обоснованием);

– технические характеристики МР-томографа с указанием всех комплектующих элементов, включая их характеристики;

– перечень материалов по конструктивным и технологическим решениям (подтвержденные соответствующими расчетами или указанием данных производителя, например, эффективности экранирования, звукоизоляции), обеспечивающим безопасность медицинского персонала на рабочих местах и пациентов: в процедурной (комнате сканирования), комнате управления и других смежных помещениях (по уровням постоянного магнитного поля и шума);

– документы по внутренней отделке помещений, которые подтверждают соответствие используемых материалов санитарно-эпидемиологическим требованиям и дают право на использование в МО;

– документы, подтверждающие обеспечение системой вентиляции нормативных параметров микроклимата и воздухообмена;

– документы, подтверждающие обеспечение нормативных уровней искусственной освещенности и коэффициента пульсации;

– требования к обеспечению электробезопасности.

При проектировании кабинета МРТ в строящемся здании МО данные требования передаются для разработки проектной документации здания.

1.4.1.2. Зонирование кабинета магнитно-резонансной томографии

Пространство кабинета МРТ условно разделяют на четыре зоны (рисунок 3):

– зона I: за пределами кабинета МРТ – не подвержена воздействию магнитных полей и не требует дополнительных действий, как при проектировании, так и в процессе эксплуатации кабинета;

– зона II: переходная область, в которой, как правило, располагаются подготовительные помещения, зона ожидания, раздевалки. В этой зоне должен проводиться контроль наличия ИМИ и других ферромагнитных объектов;

– зона III: область, нахождение в которой пациентов и персонала, не относящегося к кабинету МРТ, допустимо только после контроля, инструктажа и в сопровождении сотрудника кабинета. К этой зоне относятся: комната управления, наркозная, место пребывания пациентов после сканирования;

– зона IV: процедурная – помещение, в котором располагается МР-томограф. Эта зона должна быть ограничена предупреждающими знаками и оборудована средствами аудио- и видеосвязи*.

*Аудиосвязь осуществляется через переговорное устройство «оператор – пациент», которое может быть встроенным в МР-томограф или поставляться отдельно (должно быть МР-совместимым). Визуальный контакт с пациентом может осуществляться через смотровое окно. Дополнительная МР-совместимая система видеонаблюдения требуется только в случае, если расположение МР-томографа не обеспечивает визуального контроля за пациентом на протяжении всего исследования, либо если ее наличие оговорено в медико-техническом задании.

Рисунок 3 – Схема зонирования кабинета МРТ

Информация об ОКД должна быть предоставлена производителем оборудования в виде карты изолиний (рисунок 4). Доступ пациентов и персонала в ОКД, за исключением сотрудников кабинета МРТ, должен быть ограничен.

Рисунок 4 – ОКД

Таким образом, уровень риска как для пациентов, так и для персонала возрастает по мере приближения к процедурной кабинета МРТ и дополняется новыми факторами риска уже во время исследования.

Зонирование пространства должно выполняться на этапе проектирования помещений и корректироваться после монтажа МР-томографа и поднятия магнитного поля таким образом, чтобы не знакомый с техникой безопасности сотрудник или пациент не смог его нарушить (заблаговременно предупреждающие знаки и двери с автоматическими замками). Отдельные проверки и контроль доступа в каждую следующую зону – обязательное условие обеспечения безопасности в кабинете МРТ.

1.4.1.3. Выбор помещения

Кабинет МРТ, как правило, располагается на первом этаже изолированного отсека корпуса МО, в пристройке к нему или в подвальном помещении. При размещении на других этажах следует учитывать значительную массу МР-томографа (от 4 000 кг) и РЧ-кабины (клетки Фарадея), сопоставимой по массе, а также чувствительность оборудования к вибрациям, передаваемым на корпус системы. Это важно учитывать в расчете несущей способности межэтажных перекрытий с заданным запасом прочности и устойчивости самого здания. Для соблюдения требований производителя могут понадобиться дополнительные работы по укреплению конструкций.

Помещение для установки МР-томографа должно допускать возможность установки РЧ-кабины прямоугольной формы и необходимых размеров. Доставка и монтаж МР-оборудования могут потребовать дополнительных организационных мероприятий (таких как обеспечение подъезда трейлера, подъемного крана) и площадей, в том числе для временного хранения оборудования и материалов. Требования к данной части проекта следует уточнить у производителя, однако, как правило, необходимо помещение, которое имеет хотя бы одну внешнюю стену (для организации монтажного проема и заноса оборудования с улицы) или помещения, рядом с которым расположен широкий коридор (не менее 2,6 м) с достаточной несущей способностью пола на всем маршруте транспортировки МР-томографа внутри здания. При заносе МР-томографа через стену здания, как правило, необходимо сооружение ровной транспортной площадки достаточных размеров до уровня пола этажа, на котором устанавливается оборудование.

ОЛД не должно быть проходным для посетителей МО. Кабинеты МРТ не допускается размещать в жилых зданиях, а также в зданиях немедицинского назначения. Запрещается размещение кабинета МРТ под помещениями, из которых возможно протекание воды через перекрытие (бассейны, душевые, уборные и др.). Процедурную кабинетов МРТ не допускается размещать смежно (по горизонтали и вертикали) с палатами для беременных, детей и кардиологических больных.

При проектировании следует учитывать воздействие магнитных полей на иное оборудование (расположенное в смежных помещениях) в МО, что может привести к помехам при работе этого оборудования. Так, при монтаже МР-оборудования в местах, где магнитное поле с индукцией более 0,1—5,0 мТл может воздействовать на рентгеновские трубки, сцинтилляционные камеры, фотоумножители, усилители рентгеновского изображения (оговаривается в технической документации производителя), потребуется установка защитных экранов (согласно ГОСТ Р МЭК 60601-2-33). Кроме того, могут существовать ограничения величины индукции магнитного поля для гамма-камеры, компьютерного томографа, циклотрона, электронного микроскопа, ультразвукового сканера, масс-спектрометра [11]. Современные электроэнцефалографы и электрокардиографы достаточно помехоустойчивы и могут быть использованы вблизи МР-оборудования, однако пороговое значение индукции магнитного поля должно быть оговорено изготовителем данных приборов. При невозможности соблюдения требований по дистанцированию чувствительного к воздействию магнитных полей оборудования следует согласовать его перенос или выбрать другое помещение для кабинета МРТ.

При планировании пациентопотока необходимо учитывать возможность применения каталок/кресел для транспортировки МПП. С этой целью на пути движения МПП следует исключить значительные перепады уровня пола, такие как лестницы, ступени, порожки (возможна установка пандусов), использовать скосы углов, предусмотреть пространство для маневрирования и обеспечения беспрепятственного перемещения МПП, при необходимости обеспечить доступ к лифту.