【MRI 이론】 16강. 안전성

16강. 안전성(safety)^[각주:1]

 

추천글 : 【MRI 이론】 MRI 이론 목차

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1. 개요 [본문]

2. 요인 1. base magnetic field [본문]

3. 요인 2. cryogen [본문]

4. 요인 3. gradients [본문]

5. 요인 4. RF power deposition [본문]

6. 요인 5. 조영제 [본문]

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1. 개요 [목차]

⑴ MRI는 상대적으로 안정한 편이지만, MRI에 리스크가 없는 것은 아님

⑵ MRI와 관련된 규율

① US Food and Drug Administration (FDA)는 MRI 스캐너를 21 CFR 892.1000에 의해 규율되는 Class Ⅱ medical device로 규정 (US Government, 2008) : 대부분의 X-ray 기반 영상 장비가 이 카테고리에 속함

② MRI의 operational limit은 International Electrotechnical Commission (IEC)에서 규율

○ 일본과 이탈리아는 다른 규율을 따름

⑶ 임신과 MRI의 관계

① MRI 안정성과 관련하여 임신 중인 산모와 태아에게 미치는 영향에 대한 관심이 큼

② 현재로서는 임신 중인 산모에게 MRI 스캔을 한다고 하여 특별한 부작용은 관찰되지 않음^[각주:2]

③ 그럼에도 불구하고, 임신 중인 환자 또는 MRI 운용자에게 MRI 스캐너의 노출을 최소화하는 게 현행 실무 지침

 

 

2. 요인 1. base magnetic field [목차]

⑴ 개요

① 금속 물체가 쉽게 자석에 달라붙기 때문에 자석 주변을 접근할 때 주의를 다하여야 함

② 자석 주면의 금속은 반자성이어야 함

⑵ 의학용 임플란트

① 체내에 surgical 임플란트나 금속 보형물이 있는 경우 : 위험성이 없는 경우에 한해 MRI 측정 가능

② magnetic pacemaker, ferromagnetic intracranial aneurysm clip, neurostimulator : 절대 MRI 측정 불가

○ 단, MRI-compatible pacemaker가 유럽에서 개발 및 임상 적용중^[각주:3]

③ 다양한 medical implant의 자기적 특성 (Shellock & Spinazzi, 2008)

⑶ fringe magnetic field

① 실제 자기장은 이론적 자기장으로 보면 다소 엉뚱한 곳에 나타나기도 함 : 심지어 수직방향으로도 나타남

② 요인 1. 방향 : fringe magnetic field는 z축과 나란한 방향에서 최대로 나타남

③ 요인 2. 거리 : fringe magnetic field는 중심과 거리가 멀어질수록 약해짐

④ 요인 3. 자기장의 세기 : fringe magnetic field는 자기장이 셀수록 강함

○ 저자기장 자석은 매우 작은 fringe field를 가져 환자 모니터링에 유리함

○ 고자기장 자석은 magnetic shielding 등을 설비하여 fringe field를 줄임

○ shielding의 종류 : 그냥 자석 (passive shielding), 초전도 전자석 (active shielding), room shielding 등

○ 0.5 mT (5G) distance : 기존 pacemaker를 가진 사람이 안전하기 위한 최소 거리

○ 0.1 mT (1G) distance : cathode ray tube monitor에 자기장에 의한 왜곡이 나타나지 않는 거리

○ 0.5 mT distance 및 0.1 mT distance는 installation-specific하고 equipment-specific함

 

 

3. 요인 2. cryogen [목차]

⑴ 대부분의 MRI 자석은 주로 액화 헬륨에 담겨진 초전도체 와이어로 구성돼 있음

① 영구 자석을 이용하는 경우 cryogen을 사용하지 않음

⑵ cryogen의 종류

① 종류 1. 액화 헬륨 : 끓는점은 -270 ℃임

② 종류 2. 액화 질소 : 끓는점은 -196 ℃임

⑶ cryogen과 관련된 안전성 문제

① 부주의한 신체적 접촉은 동상을 야기할 수 있음

② 자석의 공기 노출 등에 의한 자석의 온도 증가는 액화 헬륨을 끓게 하여 부피를 3배나 증가시킴

○ MRI 제조업자는 exhaust pipe를 연결하여 가스가 자연스럽게 빠져나가도록 함

○ 만일 가스 배기구가 막혀 있으면 그 가스는 스캔룸으로 새어 들어가 산소를 대체함

○ 이 경우 즉각적으로 사람들은 대피하여야 함

 

 

4. 요인 3. gradients [목차]

⑴ 문제 1. 심장조직, 신경조직의 손상

① 만일 dB/dt가 크다면 신경 자극이 일어나게 됨 : 심장, 신경은 전기신호를 이용하기 때문

② gradient coil의 가장자리에서 그래디언트 세기의 변화가 가장 크기 때문에 위 문제가 가장 심함

③ solenoidal magnat의 입구 부분에도 dB/dt가 크기 때문에 위 문제가 가장 심함

④ MRI 제조업자들은 FDA, IEC 등을 설계할 때 dB/dt가 너무 크지 않도록 해야 함

⑤ 신경 신호는 방향성이 있기 때문에 스캔 프로토콜에서 한 방향이 다른 방향에 비해 제약이 심할 수 있음

○ 예 1. echo planar sequence와 같이 빠른 gradient pulsing이 사용되는 경우

○ 예 2. 심혈관 이미징에서와 같이 FOV가 작고 TR이 짧은 gradient echo sequence가 사용되는 경우

⑵ 문제 2. acoustic noise

① 전류가 흐르는 gradient coil은 기본 자기장과 상호작용하여 역학적 힘이 발생할 수 있음

② 이는 오디오 증폭기에서의 loudspeaker와 동일한 원리

③ MR 스캔에서 발생한 노이즈의 양은 gradient pulsing의 속도와 세기에 의존함

④ 다른 펄스 시퀀스는 서로 다른 크기의 노이즈를 생성 : spin echo vs echo planar imaing

⑤ FOV가 작을수록, 슬라이스가 얇을수록, TR이 짧을수록 노이즈가 큰 편

⑥ 환자들에게 hearing protection이 권장됨

 

 

5. 요인 4. RF power deposition [목차]

⑴ T1 relaxation으로 인해 흡수된 RF 파워는 열로 전환됨

⑵ 환자들에게 RF power가 누적되는 양을 제한하기 위해 FDA, IEC 등에서 다양한 규율을 제정

⑶ SAR(specific absorption rate of energy dissipation) : RF 파워 축적의 척도

① 단위 : W kg^-1

② MRI 시스템은 1 ℃ 이하의 온도 증가를 일으키는 SAR 이하에서 운용되도록 하는 가이드라인을 따라야 함

③ 저자기장 스캐너는 SAR로 인한 제약이 크게 영향을 미치지 않음

④ 고자기장 스캐너에서는 SAR로 인한 제약이 슬라이스의 개수, saturation pulse 등에 영향을 미침

⑷ RF 에너지에 노출된 조직의 모니터링

① 송신기 코일의 transmission profile 및 환자의 사이즈 등에 따라 상이함

 

 

6. 요인 5. 조영제 [목차]

⑴ 개요

① 조영제를 사용하지 않는 MRI 스캐닝도 많음

② 일반적으로 조영제로 인한 문제는 크지 않은 편

⑵ gadolinium 기반 조영제

① 급성 또는 class 4 또는 5의 만성 renal failure를 가지는 환자에게 NSF(nephrogenic systemic fibrosis)를 일으킬 수 있음 (Kuo et al., 2007)

② 예상 이유

○ NSF 환자들에게 많은 경우 고농도의 nonionic agent를 처방받았음 (주로 혈관조영학 연구에서 그러함)

○ nonionic agent의 안정성은 선형 또는 macrocyclic agent보다 낮은 편

○ 그 결과 unchelated gadolinium이 고농도로 존재하여 체내에 쌓이게 됨 (특히, 피부)

○ 미국 FDA는 진단 정보가 필수적이며 비조영 기법을 사용하여 획득할 수 없는 경우가 아니라면 renal failure를 가지는 환자에 대해 gadolinium 기반 조영제를 사용하지 말 것을 권고하는 "블랙박스" 경고를 발령 (2006)

⑶ 임신 환자

① 조영제가 태아에게 미치는 영향에 대한 명시적인 연구는 아직껏 없음

② gadolinium이 태아 및 유아의 뼈에 침적된다는 것은 잠재적으로 심각한 문제

○ gadolinium은 칼슘 유사체로 뼈에 침적될 수 있음

③ 현재 메뉴얼은 임신 환자, 태아, 유아 등에게 nonionic linear agent를 처방하지 않도록 함

 

입력 : 2021.08.28 23:05

 

1. 참고 : Brian M. Dale et al., MRI Basic Principles and Applications, 7 AUG 2015. [본문으로]
2. 참고 : Kanal et al., 2007; Shellock and Crues, 2004 [본문으로]
3. 참고 : Sommer et al., 2006; Nazarian et al., 2006 [본문으로]