金属植入物对1.5T磁共振扫描热效应的安全性影响

王传兵，张玲，李大鹏

南京医科大学第一附属医院 放射科，江苏 南京 210029

金属植入物对1.5T磁共振扫描热效应的安全性影响

王传兵，张玲，李大鹏

南京医科大学第一附属医院 放射科，江苏 南京 210029

目的 探讨金属植入物（钛合金和不锈钢）磁共振扫描热效应的安全性。方法 制作金属植入物实验标本在1.5T磁共振下进行产热实验，记录数据结果；监测实际带金属植入物磁共振检查患者40例并记录监测结果。结果 在磁共振检查前后实验标本上植入物附近局部组织温度均升高，钛合金组温度升高均值为（0.45±0.02）℃（t=13.0，P＜0.01）；不锈钢组温度升高均值为（0.75±0.04）℃（t=19.4，P＜0.01）。金属植入物处在磁共振检查射频波作用下能够产热，其中不锈钢组产热大于钛合金组（P＜0.01）。结论 实验表明植入物处在磁共振射频波作用下能够产热，但在实验标本上产热使邻近组织温度升高均＜1.0℃。

磁共振成像；金属植入物；钛合金；不锈钢；磁共振热效应

0 前言

随着生物材料的发展及医学技术的进步，金属植入物在生物医学领域的应用也越来越广泛。对于体内存在金属植入物的患者，磁共振检查的安全性问题值得探讨。金属植入物磁共振检查的安全性是指金属材料在强磁场作用下发生移位以及在射频作用下的产热问题。金属材质的物体进入磁场后会被磁化并与磁场发生作用，同时会受到偏转力与平移力的作用，可能会发生移位。另外，由于梯度场和射频脉冲会导致金属材料产生电流并发热，使局部温度升高[1-3]。近几年关于金属植入物对磁共振检查的安全性研究大部分针对其在强磁场作用下发生移位，对其在射频作用下的产热问题极少提及[4-5]。本研究主要探讨金属植入物（钛合金和不锈钢）磁共振扫描热效应的安全性，为磁共振检查相关人员提供数据参考。

1 材料和方法

1.1 一般资料

选取我院收治的40例带有金属植入物患者进行安全检测。患者内植入金属物共51个，其中鼻骨骨折修补术后金属固定装置1个，头部金属异物1个，胃手术夹1个，腹主动脉支架1个和下肢血管支架1个，脐疝手术夹2个，胆囊手术夹3个，头动脉瘤支架5个，心脏支架5个，金属避孕环7个，头动脉瘤铂金弹簧圈10个，脊柱金属内固定物14个，最多一个患者放2个动脉瘤支架7个弹簧圈。所有患者均经初步安全性评估，详细解释并签定知情同意书。嘱咐患者注意金属植入部位有无发热、麻木、疼痛等异常，检查过程中时刻与患者保持沟通，如有不适立即停止检查。

1.2 实验材料

选用山东威高公司和天津正大医疗公司生产的螺钉、锁骨锁定板、桡骨锁定板、肱骨远端锁定板、骨折重建钢板等。衡水精创仪器仪表有限公司生产的温度计2支，型号为45CM包检0～50℃，精确度0.1℃。实验仪器选用美国GE公司的1.5T GEMR扫描仪。

1.3 实验标本制作与测温

将实验材料分为钛合金和不锈钢两组，每组选择大小形状不同材料。将猪腿切开，在一侧股骨上固定实验金属板。将一支温度计紧贴金属板，缝合切口；另一支温度计放置股骨对侧同样位置，同样缝合切口。将手术后标本置于室温6 h，移入磁共振检查室采用高精度水银温度计测量并记录钢板周围邻近组织及对照部位温度（图1）。参照美国材料与试验协会（American Society for Testing andMaterials，ASTM）标准结合GE1.5T磁共振显示特定能量吸收率（SAR）值选择产热最强扫描参数：采用体线圈FSE序列，脉冲重复激发次数：12，翻转角：90°，重复时间：4500ms，回波时间：138ms，矩阵：320×224，带宽：125 Hz/pixel，扫描时间：15min。在检查结束后即刻读出植入物邻近组织和对照组织的温度并记录。

图1 金属植入物实验标本的制作

1.4 统计学处理

采用SPSS19.0统计软件包对数据进行处理。计量资料采用均数±标准差（±s）表示，组间比较采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 实验标本产热测定

钛合金和不锈钢附近局部组织温度测定值，见表1。在磁共振检查前后标本上植入物附近局部组织温度均升高，钛合金组升高温度均值为（0.45±0.02）℃，对照处升高温度均值为（0.23±0.02）℃（t=13.0，P＜0.01）；不锈钢升高温度均值为（0.75±0.04）℃，对照处升高温度均值为（0.25±0.03）℃，（t=19.4，P＜0.01）。金属植入物处在磁共振检查射频波作用下能够产热，其中不锈钢组产热大于钛合金组（P＜0.01），但实验标本邻近组织温度升高＜1.0℃。

表1 金属植入物附近局部组合产热测定（℃）

2.2 患者安全性检测

在选取的40例患者中有2例出现轻微不适，其他无异常。其中鼻骨骨折修补术后金属固定装置植入患者1例，伴有轻微麻木刺激感觉，检查完观察0.5 h无其他不适；头部植入金属物患者1例，植入部位有轻微发热感觉，检查完观察0.5 h无其他不适（图2）。

图2 金属植入物磁共振扫描热效应的安全性检测出现不适患者的磁共振图像

3 讨论

随着金属植入物产品的不断改良和开发，其应用越来越广泛，带有金属植入物的患者进行磁共振检查的数量也日益增多。磁共振扫描过程中系统不断向人体施加射频脉冲以激发成像部位，激发的射频能量在人体集聚会产生热量，通常用射频能量级收率（Specific Absorption Rate，SAR）来衡量，它与射频脉冲的频率、射频脉冲宽窄、激励次数有关，与磁场强度的平方成正比。某些金属植入物会聚集射频信号，导致局部温度大幅上升而灼伤周围组织；金属植入物表面还会因射频脉冲产生感生电流，造成异常刺激，危及患者生命。梯度磁场的快速切换主要用于信号的空间定位，但它的快速切换会产生交变磁场，使金属植入物产生涡流，铁磁性材料会因磁滞作用和感应涡流而消耗更多能量，并将这部分能量转变为热能[6-11]。因此，金属植入物磁共振扫描过程中的产热问题必须引起我们足够重视。

本试验用钛合金符合国际标准ISO5832-3、中国标准GB/T13810-2007，牌号为Ti-6Al-4V合金，不锈钢符合国际标准ISO5832-1、中国标准GB4234-2007，牌号为OOCr18Ni14Mo3，均为目前最常用金属植入物材料成分。而且选用的金属植入物体积较大，与磁场作用更强，更具有代表性。

金属植入物的发热效应可以用与磁场强度无关的SAR值作为衡量指标，但是由于各公司SAR计算方法的差异，很难设定SAR阈值。因此对金属植入物发热效应进行预测是非常困难的[12-15]。本实验选用钛合金和不锈钢等常用金属植入物在极端条件下进行磁共振热效应检测，结果表明在检查前后标本上钛合金植入物附近局部组织温度平均升高（0.45±0.02）℃，不锈钢植入物附近局部组织温度平均升高（0.75±0.04）℃。两种材料均会导致其附近局部组织温度升高，而相对来说钛合金的电磁性较弱、产热效应较低。不锈钢和钛合金两种材料导致的局部组织温度升高均＜1℃，属于人体可接受的温度变化范围。

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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

江苏高校优势学科建设工程基金资助（JX10231801）。

张玲，主管技师，主要从事MRI安全性及伪影研究。

通讯作者邮箱：zl_phx@126.com