Dynamic medicine : DM, 2005; 4: 5-5 (más artículos en esta revista)

Paramagnética artefacto y criterios de seguridad para el cerebro humano cartografía

BioMed Central
Akitoshi Seiyama (aseiyama@phys1.med.osaka-u.ac.jp) [1], Junji Seki (sekij@ri.ncvc.go.jp) [3], Mari Iwamoto (iwamoto@uwajima-mh.go.jp ) [4], Toshio Yanagida (yanagida@phys1.med.osaka-u.ac.jp) [1]
[1] Información de Grupo Brain, Kansai Centro de Investigación Avanzada, Laboratorio de Investigación sobre Comunicaciones, 588-2 Iwaoka, Nishi-ku, Kobe, Hyogo 651-2492, Japón
[2] División de Fisiología y Biosignaling, Osaka University Graduate School of Medicine, 2-2 Yamadaoka, Suita, Osaka 565-0871, Japón
[3] Departamento de Ingeniería Biomédica, Centro Nacional Cardiovascular Research Institute, 5-7-1 Fujishiro-dai, Suita, Osaka 565-8565, Japón
[4] Departamento de Obstetricia y Ginecología, Universidad Ehime, Facultad de Medicina, Shizukawa, Shigenobu-cho, Onsen-gun, Ehime 791-0295, Japón
[5] Grupo de Soft Biosystem, Escuela de Estudios Superiores de Biociencias de la Frontera, Universidad de Osaka, 2-2 Yamadaoka, Suita, Osaka 565-0871, Japón

Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0], que permite el uso irrestricto, la distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que la obra original sea debidamente citada.

Resumen

Efectos biológicos de campo magnetico y sus criterios de seguridad, especialmente a efectos de gradiente de campo magnético sobre la circulación pulmonar y cerebral durante la cartografía funcional del cerebro todavía son inciertas. En este sentido, estima que magnéticamente inducida artefactos oxigenación de la sangre y los niveles de corriente basados en imágenes de resonancia magnética funcional son menos del 0,1%, y la perturbación en la circulación pulmonar es inferior al 1,3%, incluso si la intensidad de campo de la resonancia magnética del sistema es levantado A 10 Tesla. Paramagnética estos efectos se consideran pequeñas y inofensivo durante mapeo cerebral humano.

Introducción

Imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) se ha convertido en una herramienta vital para el cerebro humano y la función de los estudios de diagnóstico médico. Campo magnético se espera que aumente de los actuales 1,5 a 7 tesla (T) o más para lograr una mayor resolución espacial y de señal-ruido, a pesar de los efectos biológicos de los campos magnéticos y sus criterios de seguridad para los sujetos humanos siguen sin estar claras. Los efectos biológicos de los campos magnéticos dependen principalmente de 1) la intensidad de campo y su gradiente, 2) el área y la duración del tiempo de exposición al campo, y 3) la estática o dinámica de las propiedades del campo magnético [1]. El umbral de variables en el tiempo los campos magnéticos a la exposición humana es un tema frecuente y examinó experimentalmente en la teoría y en [1, 2], ya que pueden producir alteraciones cardíacas y la estimulación del nervio periférico, calefacción, y magneto-fosfeno durante la exposición. Además, el movimiento de los sujetos o de los pacientes dentro de un campo magnético produce efectos sensoriales, tales como vértigo, náuseas, y un peculiar sabor metálico [3].

Por otro lado, el campo magnético tiene un potencial de afectar el flujo de sangre a través de los siguientes tres mecanismos: 1) magnetohidrodinámico acción, que es en teoría predice que la disminución del flujo sanguíneo aórtico velocidad en un 10% en virtud de los campos magnéticos homogénea en unos 5 T [4], 2) diamagnética anisotrópica interacción, el que se modifica la orientación de sickled normal de los eritrocitos y homogéneo en el campo magnético de 0,35 T [5] y 4 T [6], respectivamente, y 3) la interacción paramagnética bajo un fuerte gradiente espacial de magnéticos Campo, que se aplicó para separar paramagnética eritrocitos de sangre total [7].

Discusión
Paramagnética gradiente de la interacción entre los campos magnéticos y los eritrocitos que fluyen

Para efectos de la estimación máxima de gradiente del campo magnético, que se aplica a los humanos en MR mediciones, en la microcirculación cerebral y pulmonar, se examinaron los efectos de los campos magnéticos en gradiente de eritrocitos en un modelo de flujo de los vasos sanguíneos ramificada con Reynold del número tan pequeño Como para que el flujo sanguíneo en los capilares y vénulas (ver «El Método 1 'en el archivo adicional 1], que son los principales contribuyentes a los cambios en la señal fMRI. Un heterogéneo campo magnético (de campo y de gradiente espacial producto: hasta 60 T 2 / m) fue aplicado transversalmente al flujo de la sangre usando un electroimán cuya dirección del campo magnético es perpendicular al eje de la nave (ver Fig. 1 de la Ref. [ 8]], que abarcó el gradiente de campo de 10 de la RM-T sistema (ver Fig. 1A]. Se observó que la distribución espacial de 70% de oxígeno en los eritrocitos que fluyen ramificada buque desviado en proporción al producto de campo magnético y su gradiente hasta 20 T 2 / m, por encima del cual la desviación saturados. Por otro lado, plenamente oxigenados eritrocitos flujo no mostraron desviación. La desviación de la distribución espacial de los eritrocitos oxigenada 70% puede atribuirse a la atracción paramagnética por un heterogéneo campo magnético [8, 9].

Efecto del gradiente de los campos magnéticos sobre la circulación pulmonar

En primer lugar, estima la máxima efectos de la desviación de la distribución eritrocitaria en el flujo sanguíneo pulmonar, lo que podría provocar una falta de adecuación de ventilación perfusión (Figura 1B]. Cuando un voluntario se coloca bajo la máxima heterogéneo campo magnético (en posición B en la Fig. 1A], la desviación de la distribución eritrocitaria en el aumento del flujo sanguíneo pulmonar con aumento en el producto de la intensidad de campo y su gradiente, pero saturados por encima | Bz dBz / Dz |> 40 T 2 / m (Fig. 1B]. Sin embargo, el valor estimado de desviación (máximo ca. 1,3%) fue pequeña y sus efectos en la ventilación perfusión desajuste es insignificante, incluso con la máxima heterogéneo campo magnético generado por el sistema T-10.

Efecto del gradiente de los campos magnéticos sobre la microcirculación cerebral

A continuación, se calcula que los efectos de esa máxima desviación de la distribución eritrocitaria en señal de los cambios en neuroimagen funcional sobre la base de la oxigenación de la sangre de uso común a nivel dependientes (BOLD) (Figura 2A] y la corriente alterna sensible recuperación de la inversión (FAIR) (Fig. 2B] Técnicas. El gradiente de los campos magnéticos producidos subestimación de BOLD y sobreestimación de las señales FERIA casi linealmente con el aumento del campo magnético. Sin embargo, los valores (0,024% de BOLD y 0,07% para FAIR) eran muy pequeñas y estos artefactos son insignificantes, incluso para el sistema de 10-T.

Conclusión

Nuestros resultados sugieren que los artefactos paramagnético en la neuroimagen funcional y las perturbaciones en la microcirculación pulmonar durante la resonancia magnética son muy pequeñas utilizando el sistema MR de campo con hasta 10 T.

Contribuciones de los autores

AS concebido, diseñado y coordinado el estudio, llevado a cabo los experimentos, y redactó el manuscrito. JS participado en el diseño y la coordinación del estudio. MI participó en los experimentos. TY participado en el diseño y la coordinación del estudio, y dirigida. Todos los autores leído y aprobado el manuscrito final.

Material suplementario
Archivo Adicional 1
Suplementario Método 1: Experimental Setup. Suplementario Método 2: Estimación de los campos magnéticos. Suplementario Método 3: Estimación de la redistribución de los eritrocitos en la circulación pulmonar. Suplementario Método 4: Estimación de paramagnética artefactos en la señal BOLD. Método complementario de 5: Estimación de paramagnética artefactos en la señal FERIA