金屬植入物對1.5T磁共振掃描熱效應(yīng)的安全性影響

王傳兵，張玲，李大鵬

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 放射科，江蘇 南京 210029

金屬植入物對1.5T磁共振掃描熱效應(yīng)的安全性影響

王傳兵，張玲，李大鵬

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 放射科，江蘇 南京 210029

目的 探討金屬植入物（鈦合金和不銹鋼）磁共振掃描熱效應(yīng)的安全性。方法 制作金屬植入物實驗標(biāo)本在1.5T磁共振下進(jìn)行產(chǎn)熱實驗，記錄數(shù)據(jù)結(jié)果；監(jiān)測實際帶金屬植入物磁共振檢查患者40例并記錄監(jiān)測結(jié)果。結(jié)果 在磁共振檢查前后實驗標(biāo)本上植入物附近局部組織溫度均升高，鈦合金組溫度升高均值為（0.45±0.02）℃（t=13.0，P＜0.01）；不銹鋼組溫度升高均值為（0.75±0.04）℃（t=19.4，P＜0.01）。金屬植入物處在磁共振檢查射頻波作用下能夠產(chǎn)熱，其中不銹鋼組產(chǎn)熱大于鈦合金組（P＜0.01）。結(jié)論 實驗表明植入物處在磁共振射頻波作用下能夠產(chǎn)熱，但在實驗標(biāo)本上產(chǎn)熱使鄰近組織溫度升高均＜1.0℃。

磁共振成像；金屬植入物；鈦合金；不銹鋼；磁共振熱效應(yīng)

0 前言

隨著生物材料的發(fā)展及醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，金屬植入物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。對于體內(nèi)存在金屬植入物的患者，磁共振檢查的安全性問題值得探討。金屬植入物磁共振檢查的安全性是指金屬材料在強磁場作用下發(fā)生移位以及在射頻作用下的產(chǎn)熱問題。金屬材質(zhì)的物體進(jìn)入磁場后會被磁化并與磁場發(fā)生作用，同時會受到偏轉(zhuǎn)力與平移力的作用，可能會發(fā)生移位。另外，由于梯度場和射頻脈沖會導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生電流并發(fā)熱，使局部溫度升高[1-3]。近幾年關(guān)于金屬植入物對磁共振檢查的安全性研究大部分針對其在強磁場作用下發(fā)生移位，對其在射頻作用下的產(chǎn)熱問題極少提及[4-5]。本研究主要探討金屬植入物（鈦合金和不銹鋼）磁共振掃描熱效應(yīng)的安全性，為磁共振檢查相關(guān)人員提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料和方法

1.1 一般資料

選取我院收治的40例帶有金屬植入物患者進(jìn)行安全檢測?；颊邇?nèi)植入金屬物共51個，其中鼻骨骨折修補術(shù)后金屬固定裝置1個，頭部金屬異物1個，胃手術(shù)夾1個，腹主動脈支架1個和下肢血管支架1個，臍疝手術(shù)夾2個，膽囊手術(shù)夾3個，頭動脈瘤支架5個，心臟支架5個，金屬避孕環(huán)7個，頭動脈瘤鉑金彈簧圈10個，脊柱金屬內(nèi)固定物14個，最多一個患者放2個動脈瘤支架7個彈簧圈。所有患者均經(jīng)初步安全性評估，詳細(xì)解釋并簽定知情同意書。囑咐患者注意金屬植入部位有無發(fā)熱、麻木、疼痛等異常，檢查過程中時刻與患者保持溝通，如有不適立即停止檢查。

1.2 實驗材料

選用山東威高公司和天津正大醫(yī)療公司生產(chǎn)的螺釘、鎖骨鎖定板、橈骨鎖定板、肱骨遠(yuǎn)端鎖定板、骨折重建鋼板等。衡水精創(chuàng)儀器儀表有限公司生產(chǎn)的溫度計2支，型號為45CM包檢0～50℃，精確度0.1℃。實驗儀器選用美國GE公司的1.5T GEMR掃描儀。

1.3 實驗標(biāo)本制作與測溫

將實驗材料分為鈦合金和不銹鋼兩組，每組選擇大小形狀不同材料。將豬腿切開，在一側(cè)股骨上固定實驗金屬板。將一支溫度計緊貼金屬板，縫合切口；另一支溫度計放置股骨對側(cè)同樣位置，同樣縫合切口。將手術(shù)后標(biāo)本置于室溫6 h，移入磁共振檢查室采用高精度水銀溫度計測量并記錄鋼板周圍鄰近組織及對照部位溫度（圖1）。參照美國材料與試驗協(xié)會（American Society for Testing andMaterials，ASTM）標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合GE1.5T磁共振顯示特定能量吸收率（SAR）值選擇產(chǎn)熱最強掃描參數(shù)：采用體線圈FSE序列，脈沖重復(fù)激發(fā)次數(shù)：12，翻轉(zhuǎn)角：90°，重復(fù)時間：4500ms，回波時間：138ms，矩陣：320×224，帶寬：125 Hz/pixel，掃描時間：15min。在檢查結(jié)束后即刻讀出植入物鄰近組織和對照組織的溫度并記錄。

圖1 金屬植入物實驗標(biāo)本的制作

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件包對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，組間比較采用t檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 實驗標(biāo)本產(chǎn)熱測定

鈦合金和不銹鋼附近局部組織溫度測定值，見表1。在磁共振檢查前后標(biāo)本上植入物附近局部組織溫度均升高，鈦合金組升高溫度均值為（0.45±0.02）℃，對照處升高溫度均值為（0.23±0.02）℃（t=13.0，P＜0.01）；不銹鋼升高溫度均值為（0.75±0.04）℃，對照處升高溫度均值為（0.25±0.03）℃，（t=19.4，P＜0.01）。金屬植入物處在磁共振檢查射頻波作用下能夠產(chǎn)熱，其中不銹鋼組產(chǎn)熱大于鈦合金組（P＜0.01），但實驗標(biāo)本鄰近組織溫度升高＜1.0℃。

表1 金屬植入物附近局部組合產(chǎn)熱測定（℃）

2.2 患者安全性檢測

在選取的40例患者中有2例出現(xiàn)輕微不適，其他無異常。其中鼻骨骨折修補術(shù)后金屬固定裝置植入患者1例，伴有輕微麻木刺激感覺，檢查完觀察0.5 h無其他不適；頭部植入金屬物患者1例，植入部位有輕微發(fā)熱感覺，檢查完觀察0.5 h無其他不適（圖2）。

圖2 金屬植入物磁共振掃描熱效應(yīng)的安全性檢測出現(xiàn)不適患者的磁共振圖像

3 討論

隨著金屬植入物產(chǎn)品的不斷改良和開發(fā)，其應(yīng)用越來越廣泛，帶有金屬植入物的患者進(jìn)行磁共振檢查的數(shù)量也日益增多。磁共振掃描過程中系統(tǒng)不斷向人體施加射頻脈沖以激發(fā)成像部位，激發(fā)的射頻能量在人體集聚會產(chǎn)生熱量，通常用射頻能量級收率（Specific Absorption Rate，SAR）來衡量，它與射頻脈沖的頻率、射頻脈沖寬窄、激勵次數(shù)有關(guān)，與磁場強度的平方成正比。某些金屬植入物會聚集射頻信號，導(dǎo)致局部溫度大幅上升而灼傷周圍組織；金屬植入物表面還會因射頻脈沖產(chǎn)生感生電流，造成異常刺激，危及患者生命。梯度磁場的快速切換主要用于信號的空間定位，但它的快速切換會產(chǎn)生交變磁場，使金屬植入物產(chǎn)生渦流，鐵磁性材料會因磁滯作用和感應(yīng)渦流而消耗更多能量，并將這部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮躘6-11]。因此，金屬植入物磁共振掃描過程中的產(chǎn)熱問題必須引起我們足夠重視。

本試驗用鈦合金符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5832-3、中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T13810-2007，牌號為Ti-6Al-4V合金，不銹鋼符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5832-1、中國標(biāo)準(zhǔn)GB4234-2007，牌號為OOCr18Ni14Mo3，均為目前最常用金屬植入物材料成分。而且選用的金屬植入物體積較大，與磁場作用更強，更具有代表性。

金屬植入物的發(fā)熱效應(yīng)可以用與磁場強度無關(guān)的SAR值作為衡量指標(biāo)，但是由于各公司SAR計算方法的差異，很難設(shè)定SAR閾值。因此對金屬植入物發(fā)熱效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測是非常困難的[12-15]。本實驗選用鈦合金和不銹鋼等常用金屬植入物在極端條件下進(jìn)行磁共振熱效應(yīng)檢測，結(jié)果表明在檢查前后標(biāo)本上鈦合金植入物附近局部組織溫度平均升高（0.45±0.02）℃，不銹鋼植入物附近局部組織溫度平均升高（0.75±0.04）℃。兩種材料均會導(dǎo)致其附近局部組織溫度升高，而相對來說鈦合金的電磁性較弱、產(chǎn)熱效應(yīng)較低。不銹鋼和鈦合金兩種材料導(dǎo)致的局部組織溫度升高均＜1℃，屬于人體可接受的溫度變化范圍。

[1]ASTM F2213-06A.Standard test method for measurement of magnetically induced torque on medicaldevices in the magnetic resonance environment[S].West Conshohocken,PA：ASTM International,2006.

[2]ASTM F2182-11a.Standard test method for measurement of radio frequency induced heating near passive implantsduring magnetic resonance imaging[S].West Conshohocken,PA：ASTM International,2011.

[3]ASTM F2503-05.Standard practice for marking medicaldevices and other items forsafety in the magnetic resonance environment[S].West Conshohocken,PA：ASTM International, 2005.

[4]Kido A,Togashi K,KataokaML,et al.Intrauterinedevices and uterine peristalsis：evaluation withMRI[J].Magn Reson Imaging, 2008,26（1）：54-58.

[5]MagResource-MRIsafety worldwide[EB/OL].2012-8-29.http://www.magresource.com/

[6]Baker KB,Tkach JA,Nyenhuis JA,et al.Evaluation ofspecific absorption rate as adosimeter ofMRI related implant heating[J].JMagn Reson Imaging,2004,20（2）：315-320.

[7]張國宗,井水蘭.醫(yī)療安全事故的組織因素研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2009（10）：166-171

[8]靳二虎,馬大慶.MR檢查時人體內(nèi)生物醫(yī)學(xué)置入物和置入設(shè)備的安全性研究進(jìn)展及對策[J].中華放射學(xué)雜志,2004, 38（9）：999-1001.

[9]Walsh EG,Brott BC,Johnson VY,et al.Assessment of passive cardiovascular implantdevices forMRI compatibility[J].Technol Health Care,2008,16（4）：233-245.

[10]Berger-Kulemann V,Einspieler H,Hachemian N,et al.Magnetic field interactions of copper-containing intrauterinedevices in 3.0-Tesla magnetic resonance imaging：in vivostudy[J].Korean J Radiol,2013,14（3）：416-422.

[11]Fritz J,Lurie B,Miller TT.Imaging of hip arthroplasty[J].SeminMusculoskelet Radiol,2013,17（3）：316-327.

[12]Shellock FG.MRIsafety[EB/OL].2012-8-29.http://www.mrisafety.com/list.asp/.

[13]Craven I,Griffiths PD,Hoggard N.Magnetic resonance imaging of epilepsy at 3 Tesla[J].Clin Radiol,2011,66（3）：278-286.

[14]Yang CW,Liu L,Wang J,et al.Magnetic resonance imaging of artificial lumbardisks：safety and metal artifacts[J].ChinMed J（Engl）,2009,122（8）：911-916.

[15]謝志偉,楊健.基于檸檬酸的生物可降解高分子材料的設(shè)計、開發(fā)及應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2013,28（3）：1-6.

Influence of the Security of Thermal Effects in 1.5TMR Imaging ofMetal Implants

WANG Chuan-bing, ZHANG Ling, LI Da-peng
Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of NanjingMedical University, Nanjing Jiangsu 210029, China

Objective To investigate thesecurity of thermal effects inMR （Magnetic Resonance） imaging of metal implants （titanium alloy andstainlesssteel）.Methods The metal implantspecimen was made to perform the heat production experiment with 1.5TMR imaging and record the relevantdata. And 40 patients with metal implants werescanned byMRI to record relevant monitoringdata. Results The temperature of local tissuessurrounding the implants in the experimentalspecimen increased before and afterMR examinations. The average increasing temperature in Titanium Alloy Group and Stainless Steel Group were （0.45±0.02）℃（t=13, P＜0.01） and （0.75±0.04）℃ （t=19.4, P＜0.01）. The metal implant was able to produce heat under the radio-frequency waves ofMR imaging.Metal implants in Stainless Steel Group produced more heat than those in Titanium Alloy Group （P＜0.01）. Conclusion The experiment indicated that the implants could produce heat under the radio-frequency waves ofMR imaging and the increasing temperature of the tissuessurrounding the implant in the experimentalspecimen was less than 1.0℃.

magnetic resonance imaging；metal implants；titanium alloy；stainlesssteel；magnetic resonance thermal effects

R318.08

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.08.008

1674-1633（2015）08-0027-03

2015-05-04

修回日期：2015-05-27

江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程基金資助（JX10231801）。

張玲，主管技師，主要從事MRI安全性及偽影研究。

通訊作者郵箱：zl_phx@126.com