Come nel caso del fantoccio uniforme anche qui `e possibile, avendo a disposizione le mappe del campo B1+ acquisite nel fantoccio contente la protesi di Oxinium,
effettuare una valutazione del SAR soggetto-specifica tramite il calcolo dei fat- tori correttivi C relativi ai due piani di acquisizione. Prima di procedere tut- tavia, `e necessario precisare che questa valutazione pu`o essere una sottostima
Sequenza Fantoccio Hot Spot Max SAR (10g) SAR globale FIESTA Omogeneo 5.1 W/kg 3.6 W/kg 2.5 W/kg Zirconio 90.8 W/kg 5.4 W/kg 3.1 W/kg IDEAL Omogeneo 25.2 W/kg 17.6 W/kg 12.4 W/kg Zirconio 447 W/kg 26.5 W/kg 15.4 W/kg SE Omogeneo 4.9 W/kg 3.4 W/kg 2.4 W/kg Zirconio 87 W/kg 5.1 W/kg 3 W/kg SILENT Omogeneo 4.9 W/kg 3.4 W/kg 2.4 W/kg Zirconio 124.3 W/kg 7.4 W/kg 4.3 W/kg
Tabella 4.7: Valori massimi del SAR puntuale (hot spot) e del SAR mediato su 10 g di tessuto, e valori del SAR globale relativi alle sequenze considerate in questo lavoro. I valori sono relativi al fantoccio omogeneo e al fantoccio con la protesi di Zirconio.
dei valori di SAR realmente presenti nel fantoccio. Infatti, a causa della dis- torsione del campo statico locale indotta dalla protesi, non `e possibile acquisire nel sistema il campo B+
1 immediatamente adiacente alla protesi. Come `e stato
mostrato nelle mappe ottenute nella simulazione, il campo magnetico RF tende ad accumularsi nelle vicinanze della protesi, che `e proprio la regione che non presenta segnale nelle acquisizioni del fantoccio reale. Il campo medio acquisito quindi, che sar`a utilizzato nel calcolo dei fattori correttivi soggetto-specifici nei due piani considerati, pu`o essere una sottostima del campo medio reale, e di conseguenza anche la valutazione soggetto-specifica soffre della stessa impreci- sione.
Dai valori medi del campo B1+ misurato allo scanner (6.4 µT in assiale, 6.05
µT in sagittale) si possono ottenere i fattori correttivi soggetto-specifici relativi ai due piani, rapportandoli al valor medio del campo B1+ per un FA=90◦. Tale
valore, essendo relativo allo stesso impulso di eccitazione della Bloch-Siegert (impulso sinc da 3.2 ms), `e sempre 7.2 µT . I fattori correttivi C risultano quindi essere 0.89 in assiale e 0.84 in sagittale. Moltiplicando i valori del SAR in Tabella 4.4, relativi al modello di fantoccio con protesi, con i fattori correttivi C elevati al quadrato dei rispettivi piani (sagittale per la FIESTA, IDEAL e SE, assiale per la SILENT), si ottengono i valori corretti per lo specifico set-up sperimentale. Essi sono riportati in Tabella 4.8 insieme con gli stessi risultati ottenuti per il modello di fantoccio uniforme.
I valori del SAR di interesse dosimetrico (massimo SAR locale e SAR glob- ale), relativi al modello di fantoccio contenente la protesi, risultano all’interno dei VLE del protocollo IEC (20 W/kg per il SAR locale, e 10 W/kg per il SAR globale in questo caso specifico, dato che Mf antoccio << Mpaziente). L’unica
eccezione `e il SAR globale della IDEAL, di poco superiore al limite. Rispetto agli stessi risultati del fantoccio omogeneo, `e interessante notare come i valori del SAR globale siano rimasti praticamente invariati, mentre i valori massimi del SAR mediato su 10 g di tessuto siano leggermente aumentati sul piano sagittale e raddoppiati sul piano assiale. Invece, i valori del SAR nell’hot spot hanno subito un incremento vertiginoso, aumentando di 14 volte nelle sequenze sagittali e di 23 volte nella sequenza assiale. Questi valori, non valutabili da un punto di vista dosimetrico, danno per`o un’indicazione quantitativa molto impor- tante sugli effetti delle protesi nella distribuzione del SAR: essa viene distorta in
Sequenza Fantoccio Hot Spot SAR max (10g) SAR globale FIESTA Omogeneo 4.6 W/kg 3.2 W/kg 2.2 W/kg Zirconio 64 W/kg 3.8 W/kg 2.2 W/kg IDEAL Omogeneo 22.7 W/kg 15.9 W/kg 11.2 W/kg Zirconio 315.4 W/kg 18.7 W/kg 11 W/kg SE Omogeneo 4.4 W/kg 3.1 W/kg 2.2 W/kg Zirconio 61.4 W/kg 3.6 W/kg 2.1 W/kg SILENT Omogeneo 4.2 W/kg 2.9 W/kg 2.1 W/kg Zirconio 98.2 W/kg 5.9 W/kg 3.4 W/kg
Tabella 4.8: Valori di massimo SAR puntuale (hot spot), massimo SAR mediato su 10g di tessuto, e SAR globale relativi alle sequenze considerate e riscalate per i corrispondenti fattori soggetto-specifici relativi a piani di acquisizione delle sequenze.
maniera considerevole, e pu`o portare alla formazione di hot spot, con possibili aumenti di temperatura indesiderati, mentre i valori del SAR globale contin- uano a rimanere sotto la soglia prevista dalle raccomandazioni internazionali. Inoltre, `e necessario puntualizzare che questi risultati sono una sottostima, in quanto non `e possibile ottenere una mappa del B+
1 vicina alla superficie della
protesi, dove tale campo, secondo le simulazioni, risulta pi`u intenso rispetto al fantoccio omogeneo.
Per cui, in presenza di protesi, i valori di SAR globale stimati dalla macchina non sono sufficienti per la valutazione della sicurezza del paziente, qualora esso abbia una protesi metallica nella zona da esaminare.
4.7
Conclusioni
I risultati riportati in questo capitolo hanno mostrato che le grandezze elet- tromagnetiche considerate in questo lavoro modificano la loro distribuzione nel fantoccio in presenza di una protesi metallica, a causa delle propriet`a elettriche di quest’ultima, molto differenti da quelle dell’ambiente circostante. Le mappe simulate del campo elettrico, magnetico e del SAR hanno evidenziato come la protesi nel modello di fantoccio accentui la gi`a disomogenea distribuzione spaziale delle stesse grandezze nel fantoccio omogeneo. Questo comporta, dal punto di vista del SAR, una maggiore probabilit`a di formazione non controllata di hot spot. Questo `e stato verificato tramite la valutazione soggetto-specifica del SAR, che `e stata effettuata tramite le mappe di B+
1 acquisite nel magnete
a 7 Tesla, per quanto esse fossero alterate dalla protesi. Essa ha mostrato un risultato interessante se confrontata con la stessa valutazione ottenuta sul fan- toccio omogeneo: i valori del SAR globale sono rimasti praticamente gli stessi nei due fantocci, i valori di SAR locale hanno subito un leggero incremento in presenza di protesi, non molto significativo in termini dosimetrici in quanto sem- pre compresi nei VLE indicati dal protocollo IEC, ma i valori di SAR relativi all’hot spot nel fantoccio con protesi sono aumentati di 14 volte nelle sequenze sagittali e addirittura 23 volte nella sequenza assiale. Tali valori non sono val- utabili dosimetricamente, ma presentano un’importante indicazione sugli effetti della protesi sui valori del SAR, che nell’hot-spot risultano esasperati.
La difficolt`a della valutazione del SAR nelle protesi a campi ultra-alti, in questo metodo, risiede nella mappatura del B1+. A causa della distorsione del
campo statico indotta dalla protesi e della conseguente mancanza di segnale RM, la mappatura non avviene fino alla superficie della protesi dove, secondo le simulazioni, si trova localizzato un aumento di intensit`a del campo B+
1. Il
conseguente campo medio misurato risulta minore di quello effettivo, e la cor- rezione secondo i fattori soggetto-specifici C risulta una sottostima di questo reale.
Tuttavia, questa valutazione potrebbe essere effettuata a campi clinici. In Figura 4.8 `e possibile osservare la mappa del B+
1 acquisita presso il sistema a 3
Tesla (3T Discovery MR 750, GE Healthcare, Milwaukee, WI, USA) dell’Azienda Ospedaliera Universitaria Pisana (AOUP). L’acquisizione `e stata effettuata nel fantoccio uniforme (sinistra) e nel fantoccio contenente la protesi (destra), sul piano assiale, tramite tecnica Steady-State Double Angle Method (SS-DAM) [12]. La mappa del B1+ nel fantoccio omogeneo risulta uniforme, caratteristica
Figura 4.8: Mappe del B1+, acquisite sul piano assiale a 3 Tesla, nel fantoccio
uniforme (sinistra) e nel fantoccio con la protesi Oxinium (destra). La mappa si presenta uniforme nel fantoccio omogeneo, mentre risulta alterata dalla presenza della protesi. L’area centrale senza segnale RM corrisponde alla protesi stessa, e si pu`o osservare una zona di alta intensit`a del campo B+1 sul bordo di tale area.
La mappa di B+1 acquisita nel fantoccio con protesi si presenta uniforme lon-
tano da quest’ultima, mentre si osserva una regione centrale, corrispondente grosso modo alla protesi stessa, in cui non si ha segnale RM, e vicino al bordo di quest’area `e presente una zona di accentuata intensit`a del campo B+
1. A
livello quantitativo, questo si pu`o valutare dal massimo valore di campo B+ 1
all’interno del fantoccio, che risulta essere di 7.7 µT nel fantoccio omogeneo e di 9.16 µT nel fantoccio con protesi. Nel caso fosse possibile integrare questo metodo in uno scanner clinico, la valutazione soggetto-specifica in presenza di protesi sarebbe corretta, in quanto terrebbe conto delle iperintensit`a del campo B+1 indotte dalla protesi stessa.
Capitolo 5
Valutazione del metodo
in-vivo
5.1
Introduzione
Il metodo fin qui presentato, e validato dalle acquisizioni, elettromagnetiche e termiche, effettuate nel sistema a 7 Tesla, `e stato sviluppato per la previsione del SAR negli esami RM, che a campo ultra-alto presentano le problematiche fin qui descritte. Il metodo `e stato applicato allo studio delle protesi, ed `e stato mostrato come esso preveda un incremento del SAR, rispetto alla stessa acquisizione in mancanza di protesi, dovuto alla presenza di quest’ultima.
Fino a qui, le valutazioni riportate sono state tutte effettuate in-vitro su fantoccio. Il metodo a questo punto `e stato utilizzato in-vivo per la valutazione soggetto-specifica dei livelli del SAR sul ginocchio di un volontario sano. Per fare questo, la simulazione delle mappe elettromagnetiche `e stata condotta su un modello di ginocchio umano, e i risultati del SAR, riscalati per le sequenze considerate, sono stati ulteriormente ricalcolati attraverso i fattori soggetto- specifici C, ottenuti dalla mappatura del campo B1+nel ginocchio del volontario.
Inoltre, il ginocchio del volontario `e stato sottoposto all’acquisizione controllata delle sequenze studiate in questo lavoro, e sono state acquisite le mappe di temperatura, tramite tecniche MRT, tra una sequenza e l’altra, per studiare una corrispondenza tra le mappe di temperatura acquisite e le mappe del SAR simulato.