Risonanza Magnetica e gravidanza

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1 Risonanza Magnetica e gravidanza Alessandro Polichetti Dipartimento di Tecnologie e Salute Istituto Superiore di Sanità, Roma alessandro.polichetti@iss.it

2 Problematiche sanitarie connesse ai campi magnetici utilizzati in RM.

3 Quando un esame RM è condotto su una donna in gravidanza, oltre ai possibili rischi per la madre, bisogna tenere conto dei possibili rischi per il nascituro. L embrione e il feto sono suscettibili ad una varietà di teratogeni, tra cui il calore. I processi potenzialmente suscettibili ai teratogeni nell embrione e nel feto in via di sviluppo sono le sequenze altamente ordinate di proliferazione e differenziazione cellulare, migrazione cellulare e morte cellulare programmata (apoptosi).

4 La sensibilità ai teratogeni varia durante la gestazione, ed è maggiore durante la formazione di organi (organogenesi) quando si formano le principale strutture del corpo (primo trimestre di gravidanza). Lo stadio fetale, in cui si verifica la crescita delle strutture, è considerato meno sensibile, a parte il caso dello sviluppo del sistema nervoso centrale che si sviluppa anche fin dopo la nascita, e può essere influenzato da alcuni agenti.

5 Altre problematiche connesse alla salute e alla sicurezza: Rumore Claustrofobia Agenti di contrasto (gadolinio) Possibile rilascio di elio in caso di quenching del magnete superconduttore

6 Campi magnetici statici I livelli di induzione magnetica statica generati dagli apparati RM per usi clinici, inizialmente inferiori a 0,5 T (0,04 T il primo tomografo clinico nel 1979), sono cresciuti nel tempo fino a 1,5-3 T, e anche più (7-10 T). Questi valori sono di diversi ordini di grandezza superiori a quelli del campo magnetico statico terrestre che varia da 30 a 70 µt a seconda della posizione geografica.

7 Effetti dei campi magnetici statici I campi magnetici statici possono avere diversi tipi di effetti, potenziali cause di rischio sanitario: effetti biologici effetti meccanici effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati

8 Possibili meccanismi di interazione per gli effetti biologici Orientamento di sistemi molecolari suscettibilità magnetica anisotropa dotati di Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo Effetto sugli stati di spin elettronico in molecole coinvolte in reazioni chimiche

9 Forza di Lorentz F = q (v x B) in un mezzo in movimento dotato di conducibilità elettrica: J= σ (v x B) in presenza di un campo elettrico: J= σ (E + v x B)

10 Forze magnetoidrodinamiche vengono esercitate dal campo magnetico statico sulle correnti elettriche indotte nei tessuti dalla forza di Lorentz. Nel sangue, queste correnti sono soggette a loro volta ad una forza di Lorentz, che dà luogo ad una forza per unità di volume J x B diretta in senso opposto a quello del flusso sanguigno: questo tende quindi a rallentare, con un possibile aumento della pressione per riportare il flusso ai suoi valori normali. Tale effetto, non osservato per i valori di campo attualmente utilizzati, potrebbe diventare significativo al di sopra di 10 T, livello di campo per cui è stato calcolata una riduzione del flusso sanguigno del 5% (del 10% a 15 T).

11 Nei tessuti endolinfatici dell orecchio interno, tale effetto potrebbe essere alla base delle sensazioni di nausea e vertigini riportate da soggetti in movimento in campi molto intensi (4 T). Le informazioni circa la posizione e il moto del corpo che raggiungono il cervello, provenienti dal sistema vestibolare, possono entrare in conflitto con le corrispondenti informazioni provenienti dal sistema visivo e da altri sistemi sensori, dando luogo ai sintomi citati.

12 Magnetofosfeni Un altro effetto osservato su volontari esposti a campi statici di 4 T è quello dei magnetofosfeni, sensazioni visive transitorie descritte come lampi di luce. Non sembra un effetto riconducibile all orientamento dei bastoncelli della retina (molto lento), ma essendo associato al movimento degli occhi o della testa in un campo statico sembrerebbe essere riconducibile alla forza di Lorentz. Si tratta di un effetto reversibile, che sembra rappresentare più un fattore di disturbo che di reale rischio.

13 Per ovviare ai magnetofosfeni, e alle sensazioni di nausea e vertigini precedentemente descritte, è consigliabile muovere i pazienti dentro e fuori del magnete lentamente, e minimizzare il loro movimento mentre si trovano all interno del magnete.

14 Effetti a lungo termine dei campi magnetici statici: valutazioni complessive Il complesso delle evidenze scientifiche, sia da studi epidemiologici, sia da studi di laboratorio su animali, non indica effetti sanitari dovuti ad esposizioni prolungate a campi magnetici statici fino a qualche tesla. L Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro ha concluso che non esistono evidenze scientifiche sufficienti per classificare i campi magnetici statici in relazione alla loro cancerogenicità per l uomo (IARC, 2002).

15 1 L agente è cancerogeno per l uomo 2A L agente è probabilmente cancerogeno per l uomo 2B L agente è possibilmente cancerogeno per l uomo 3 L agente non è classificabile per quanto riguarda la cancerogenesi nell uomo 4 L agente è probabilmente non cancerogeno per l uomo

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20 La riproduzione e lo sviluppo è una problematica molto importante in RM, sia per i pazienti che per lo staff. Su questo argomento, solo alcuni buoni studi sugli effetti dei campi magnetici statici sono disponibili per livelli superiori a 1 T. Gli studi sulla RM per se non sono informativi a questo riguardo, perché è difficile distinguere gli effetti dei campi statici da quelli di altri campi utilizzati in RM (effetto termico delle RF?). Ulteriori esami dei possibili effetti dell esposizione al campo statico sono urgentemente richiesti per la valutazione dei rischi sanitari.

21 Decreto Ministeriale 2 agosto 1991 Autorizzazione alla installazione ed uso di apparecchiature diagnostiche a risonanza magnetica Sebbene non esistano evidenze che dimostrino una sensibilità dell'embrione ai campi magnetici ed ai campi a radiofrequenza di intensità e potenze utilizzate nella attuale strumentazione RM ad uso diagnostico, è prudente escludere dall'esposizione le donne nel primo trimestre di gravidanza, tranne nei casi di effettiva e improrogabile necessità, valutati dal medico, sotto la sua responsabilità. La paziente sarà preventivamente informata sui possibili rischi dell'esame. Come misura precauzionale, le pazienti saranno escluse da analisi RM a campi tesla. in gravidanza superiori a 2

22 Non potranno essere ammessi alla zona controllata soggetti portatori di pace-maker, altre protesi dotate di circuiti elettronici, preparati metallici intracranici (o comunque situati in prossimità di strutture anatomiche vitali), clips vascolari o schegge in materiale ferromagnetico; donne in stato di gravidanza; soggetti affetti da anemia falciforme. Non possono essere adibite ad operazioni nelle zone ad accesso controllato né al rabbocco dei liquidi criogenici donne in gravidanza, né soggetti portatori di pace-maker o altre protesi dotate di circuiti elettronici, clips vascolari o preparati metallici intercranici (o comunque situati in prossimità di strutture anatomiche vitali) o schegge in materiale ferromagnetico.

23 Decreto Ministeriale 3 agosto 1993 Aggiornamento di alcune norme concernenti l'autorizzazione all'installazione ed all'uso di apparecchiature a risonanza magnetica Pazienti affetti da alcune patologie (quali alterazioni nella funzionalità cardiovascolare; termoregolazione compromessa o ridotte; stati febbrili; ipertensione, etc.), pazienti trattati con alcuni farmaci (quali diuretici, tranquillanti, sedativi, vasodilatatori, etc.), bambini, anziani, pazienti in gravidanza o soggetti obesi, sono più suscettibili di soggetti normali ai possibili danni indotti dal riscaldamento tessutale indotto da campi elettromagnetici.

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27 Campi magnetici statici: raccomandazioni internazionali (protezione del paziente) L ICNIRP (2009) prevede tre modi di funzionamento, raccomandando per ciascuno dei valori di campo magnetico statico da non superare: Modo normale B < 4 T Modo controllato B < 8 T Modo sperimentale nessun limite (ma cautela)

28 Nel modo controllato possono verificarsi fastidio e/o effetti avversi per alcuni pazienti, per cui è necessario che gli esami RM siano condotti dopo una valutazione rischio-beneficio e sotto supervisione medica. Le indagini effettuate nel modo sperimentale devono essere soggette a speciale approvazione etica alla luce dei rischi potenziali. Approccio progressivamente cauto all aumentare dell intensità di campo per via delle incertezze circa possibili effetti dei potenziali di flusso sulla funzionalità cardiaca. È necessario un attento monitoraggio clinico del paziente.

29 Gradienti di campo magnetico variabili nel tempo Un importante parametro che caratterizza i campi magnetici variabili nel tempo è la frequenza. I gradienti di campo magnetico utilizzati in RM sono rapidamente accessi e spenti con modalità dipendenti dalla particolare tecnica utilizzata. Si tratta di sequenze di impulsi, cui non corrisponde un unica frequenza, ma che presentano una frequenza fondamentale corrispondente alla frequenza di ripetizione degli impulsi, che cade normalmente nella regione delle frequenze estremamente basse (ELF, Hz), e una serie di armoniche che si può estendere fino alla regione dei

30 Campi magnetici variabili nel tempo Legge di Faraday rot E = -db/dt Legge di Ohm J = σe

31 Induzione di correnti elettriche nel corpo umano

32 Stimolazione dei tessuti nervosi e muscolari elettricamente eccitabili Effetti a soglia: perché si densità di corrente elettrica determinato valore. verifichi la stimolazione deve essere maggiore di la un Questa circostanza permette di fissare dei limiti di esposizione finalizzati alla totale prevenzione di questi effetti. Fibrillazione ventricolare J > 1000 ma/m2 ( Hz) Stimolazione dei nervi periferici J > 100 ma/m2 ( Hz)

33 Valori medi delle soglie di stimolazione

34 Per evitare stimolazioni intollerabili che possono impedire l esame, l ICNIRP raccomanda di limitare le esposizioni all 80% della soglia mediana di percezione durante gli esami di routine, e al 100% durante gli esami condotti sotto supervisione medica. Equazione empirica percezione: per la soglia mediana db/dt = 20 (1+0,36/t) T/s dove t è la durata dell impulso in millisecondi. di

35 Effetti a lungo termine dei campi elettrici e magnetici ELF Le evidenze scientifiche di possibili effetti a lungo termine, in particolare la cancerogenicità, dei campi elettrici e magnetici ELF sono state ricercate per mezzo di: studi epidemiologici; studi sperimentali in vivo su animali; studi sperimentali biologici. in vitro su campioni

36 Le uniche indicazioni consistenti di effetti a lungo termine provengono da studi epidemiologici: associazione statistica tra esposizione residenziale a campi magnetici ELF a livelli dell ordine delle frazioni di microtesla e leucemia infantile. Ahlbom et al. (2000) hanno effettuato delle analisi pooled aggregando i dati originali degli studi epidemiologici più metodologicamente corretti (9 su 26 pubblicati nel periodo ) evidenziando un raddoppio del rischio di leucemia infantile statisticamente significativo (cioè con bassa probabilità dovuto a semplici fluttuazioni statistiche) negli esposti a più di 0,4 µt rispetto agli esposti a meno di 0,1 µt.

37 I risultati di numerosi esperimenti su animali e campioni cellulari che hanno esaminato gli effetti biologici dei campi magnetici non hanno prodotto nessuna evidenza a sostegno di un ruolo eziologico dei campi magnetici nello sviluppo della leucemia.

38 I campi magnetici ELF sono stati classificati dall International Agency for Research on Cancer (IARC, 2002) come possibilmente cancerogeni (Gruppo 2B). A causa dell'insufficienza dei dati, i campi magnetici statici e i campi elettrici statici ed ELF non possono essere classificati in relazione alla loro cancerogenicità (Gruppo 3).

39 1 L agente è cancerogeno per l uomo 2A L agente è probabilmente cancerogeno per l uomo 2B L agente è possibilmente cancerogeno per l uomo 3 L agente non è classificabile per quanto riguarda la cancerogenesi nell uomo 4 L agente è probabilmente non cancerogeno per l uomo

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41 Nel complesso gli studi epidemiologici non hanno mostrato un associazione tra esiti riproduttivi e le esposizioni materne e paterne ai campi ELF. Esiste qualche evidenza per un aumentato rischio di aborto associato all esposizione materna al campo magnetico, ma questa evidenza è inadeguata.

42 L esposizione di mammiferi a campi magnetici ELF fino a 20 mt non risulta in evidenti malformazioni esterne, viscerali o scheletriche. Alcuni studi mostrano un aumento in anomalie scheletriche di minore importanza, sia nei ratti che nei topi. Le alterazioni scheletriche sono risultati relativamente comuni negli studi teratologici e sono spesso considerate non biologicamente significative. Comunque, piccoli effetti dei campi magnetici sullo sviluppo scheletrico non possono essere esclusi. Molto pochi studi sugli effetti riproduttivi sono stati pubblicati e da essi non possono essere tratte conclusioni. Nel complesso l evidenza di effetti riproduzione e lo sviluppo è inadeguata. sulla

43 Rumore Il campo magnetico statico esercita forze sulle correnti rapidamente variabili che circolano nelle bobine che servono a generare i gradienti di campo, le quali urtano contro le loro strutture di supporto generando rumore che può essere molto intenso rappresentando così una possibile causa di rischio. Mentre la madre può essere protetta dal rumore tramite cuffie o tappi per le orecchie, il feto è protetto solo dall attenuazione del suono che si propaga attraverso l addome della madre.

44 L esposizione ad eccessivo rumore durante la gravidanza può risultare in perdita dell udito ad alta frequenza nei neonati e può essere associata a prematurità e ritardo di crescita intrauterina.

45 Campi magnetici a radiofrequenza Gli unici effetti accertati dei campi elettromagnetici a radiofrequenza sono quelli riconducibili al riscaldamento dei tessuti causato per effetto Joule dalle correnti indotte dal campo magnetico a RF. Nel maggio 2011 la IARC ha classificato i campi elettromagnetici a RF come possibilmente cancerogeni (gruppo 2B), per via di un evidenza limitata di cancerogenicità negli utilizzatori di telefoni cellulari.

46 Effetti termici Effetti a soglia: affinché la temperatura dei tessuti costituenti il corpo umano aumenti significativamente, il calore generato per assorbimento di energia elettromagnetica deve essere tale che il sistema termoregolatore non riesca a smaltirlo efficientemente. Studi sperimentali su animali mostrano effetti sul comportamento per SAR > 4 W/kg. Questo valore di SAR corrisponde ad un aumento della temperatura del corpo non superiore a 1 C.

47 Il corpo umano può ben tollerare un aumento di temperatura inferiore a 1 C, o a 0,5 C nel caso di bambini, donne in gravidanza e persone con difetti del sistema cardiocircolatorio (ICNIRP 2004). L ICNIRP raccomanda, nel modo normale di funzionamento, che la temperatura del paziente non superi 0,5 C, e che localmente la temperatura non superi 38 C nei tessuti della testa, 39 C nei tessuti del tronco e 40 C nei tessuti degli arti.

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49 Effetti termici nella donna in gravidanza Eccessivi aumenti di temperatura sono teratogeni. Sembra ragionevole assumere che effetti negativi sullo sviluppo siano evitabili con un margine di sicurezza se: ΔT (madre) < 0,5 C T (feto) < 38 C (ICNIRP, 2004)

50 A causa delle incertezze nel calcolo del SAR nella donna in gravidanza, l ICNIRP (2004) raccomanda, al fine di prevenire possibili malformazioni nel feto dovute ad un eccessivo riscaldamento, che gli esami RM nel caso di pazienti in stato di gravidanza siano effettuati unicamente nelle modalità operative degli esami di routine (modalità che dovrebbero garantire l assenza di qualunque effetto, anche solo di fastidio, in tutti i pazienti), e che la durata dell esposizione ai campi a radiofrequenza sia limitata al minimo possibile. L ICNIRP raccomanda inoltre che le pazienti in gravidanza siano sottoposte agli esami RM solo dopo una valutazione rischio-beneficio, in particolare durante il primo trimestre.

51 Ipertermia indotta da RF L aumento di temperatura dipende da: Rateo di assorbimento specifico (SAR) Sistema di termoregolazione Stato fisiologico Condizioni ambientali: Temperatura esterna Umidità Ventilazione

52 Dosimetria dei campi elettromagnetici a radiofrequenza La grandezza dosimetrica ritenuta più appropriata in relazione agli effetti termici connessi all assorbimento di energia elettromagnetica nei tessuti è il tasso di assorbimento specifico (SAR, W/kg): SAR = σe2/ρ Il calcolo del SAR è molto complesso, dipendendo il suo valore da una molteplicità di parametri quali la frequenza, l intensità, la forma d onda e la polarizzazione del campo a RF, le caratteristiche elettriche dei tessuti e la configurazione geometrica della regione anatomica esposta.

53 Gli studi di dosimetria teorica mostrano che i massimi valori del SAR locale si hanno vicino, o sulla superficie del corpo. Inoltre, valori elevati del SAR locale sono possibili nei tessuti di più alta conducibilità, quali il muscolo, e il fluido amniotico.

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55 Il parametro determinante è il SAR locale (il limite si raggiunge prima di quello per il SAR al corpo intero). Il massimo SAR locale nel feto è inferiore a quello nella madre (65% a 127 MHz) Quindi, se si assumono gli stessi limiti, il loro rispetto per la madre garantisce il loro rispetto per il feto.

56 I massimi valori del SAR locale si ottengono nelle estremità e nel tronco della madre. I massimi valori del SAR locale nel feto sono circa 4 volte inferiori.

57 Se per il feto si assumono il limiti di esposizione per la popolazione generale: SAR a corpo intero: 0,08 W/kg SAR locale: 2 W/kg (testa e tronco) invece che quelli per il paziente: SAR a corpo intero: 2 W/kg SAR locale: 10 W/kg (testa e tronco) i limiti di esposizione potrebbero essere superati nel feto, a fronte di un rispetto dei corrispondenti limiti nella madre.

58 Equazione del bioheat di Pennes dt cs = Pm + Pb + Pc + SAR dt cs = calore specifico Pm= perdite di calore per attività metabolica Pb= perdite di calore per perfusione sanguigna Pc= perdite di calore per conduzione termica

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60 All equilibrio, per un SAR a corpo intero pari a 2 W/kg: ΔT(madre) = 0,85 C ΔT(feto) = 0,61 C Questi valori sono inferiori all aumento di temperatura di 1,5 C che si ritiene teratogenico. Tuttavia, questi valori eccedono il limite di 0,5 C raccomandato dall ICNIRP.

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64 Conclusioni Le procedure diagnostiche RM comunemente utilizzate possono essere considerate a basso rischio per il paziente, soprattutto se confrontate con altre tecniche impieganti radiazioni ionizzanti. Tuttavia, è raccomandabile che gli esami RM vengano effettuati su pazienti in gravidanza solo a seguito di una valutazione rischio/beneficio, in particolare nel primo trimestre.

65 In attesa di ulteriori dati, sarebbe prudente evitare di effettuare indagini RM sui feti oltre il modo di funzionamento normale (2 W/kg).

66 Se la situazione clinica impone il primo livello di funzionamento controllato (fino a 4 W/kg): le sequenze ad alto SAR dovrebbero essere applicate per il minore tempo possibile e, nel caso, intervallate con sequenze a basso SAR; i meccanismi di dissipazione del calore della madre devono essere ottimali (no coperte, buon flusso d aria nel magnete, temperatura della stanza ragionevole).

67 Quando si sottopone a RM una donna in gravidanza, se il feto o l addome della donna non sono i target dell esame, il feto, se possibile, dovrebbe essere posto al di fuori della bobina trasmittente a RF. Un attenzione particolare deve essere rivolta al caso di feti con scarsa funzionalità placentale, per esempio in caso di restrizione della crescita fetale (che comunque è uno dei casi in cui si consiglia la RM del feto, con contrasto). Evitare, se possibile, di sottoporre all esame donne in gravidanza in stato febbrile.

68 L imaging RM può essere usato in donne in gravidanza se altre forme di imaging con radiazioni non ionizzanti sono inadeguate o de l esame fornisce importanti informazioni che altrimenti richiederebbero esposizione alle radiazioni ionizzanti Safety Committee of the Society for Magnetic Resonance Imaging (1991), citato in ICNIRP (2004).

69 Grazie per l attenzione!