M.V. Knopp1 · R. Metzner1 · G. Brix1,2 · G. van Kaick1

1 Forschungsschwerpunkt Radiologische Diagnostik und Therapie,

Deutsches Krebsforschungszentrum (dkfz), Heidelberg2 Institut für Strahlenhygiene, Bundesamt für Strahlenschutz, München

Sicherheitsaspektezur Vermeidungstrominduzierter Hautver-brennungen in der MRT

Mechanismen der Schädigungund Sicherheitsmaßnahmen

Gewebeerwärmung durch Hochfre-quenzeinstrahlung ist ein bekannter Si-cherheitsaspekt bei der MR-Tomogra-phie. Der Patient befindet sich imHochfrequenzfeld der Ganzkörperspu-le, in die bei 1,5 Tesla-Systemen eineSpitzenleistung von bis zu 20 kW einge-speist wird. Ein kleiner Teil dieser Lei-stung wird durch den Patienten absor-biert und führt zu einer Gewebeerwär-mung, die begrenzt werden muß. BeiMRT-Systemen wird daher die im Pa-tienten absorbierte Hochfrequenzlei-stung kontinuierlich überwacht. BeiÜberschreitung voreingestellter Grenz-werte wird die Messung nicht gestartetoder abgebrochen. Diese Höchstwertefür die sogenannte spezifische Absorp-tionsrate (SAR in W/kg) werden durchdie Aufsichtsbehörden länderspezifischverbindlich geregelt. Bei einer gewisseninternationalen Annäherung findensich derzeit noch immer deutliche Un-terschiede zwischen den einzelnen na-tionalen Richtlinien. Die aktuellenEmpfehlungen der deutschen Strahlen-schutzkommission [2] sind in bezugauf die Begrenzung von Temperaturer-höhungen im Gewebe mit denen derU.S. Food and Drug Administration

Die Risikobewertung radiologischerMethoden hat sich seit der diagnosti-schen Nutzung der ionisierenden Strah-lung stetig verändert. So wird die Be-achtung von Sicherheitsaspekten im-mer stärker betont und zum Teil auchgesetzlich gefordert. Aus einer Nichtbe-achtung der relevanten Empfehlungenund Verordnungen können sich auchhaftungsrechtliche bzw. strafrechtlicheKonsequenzen ergeben.

Die Magnetresonanztomographie(MRT) ist zweifelsfrei eines der risiko-ärmsten und am geringsten belasten-den bildgebenden Verfahren. Doch auchbei dieser Untersuchungsmethode be-stehen potentielle Gefahren aufgrundder Verwendung von statischen undzeitlich veränderlichen Magnetfeldernsowie von elektromagnetischen Hoch-frequenzfeldern [1].

Dieser Artikel konzentriert sich aufeinen speziellen Sicherheitsaspekt beider MR-Diagnostik, nämlich auf dieVermeidung strominduzierter Verbren-nungen. Andere Aspekte werden in derLiteratur und Standardlehrbücherndiskutiert [4, 6].

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SicherheitsaspekteRadiologe1998 · 38:759–763 © Springer-Verlag 1998

Zusammenfassung

Sicherheitsaspekte radiologischer Methoden

entwickeln sich stetig weiter. In diesem Bei-

trag werden zwei Fälle von strominduzierten

Verbrennungen während MR-Untersuchun-

gen vorgestellt und analysiert. Bei zwei Pati-

entenuntersuchungen kam es an einem

1,5 Tesla-System zu Hautverbrennungen

2. bzw. 3. Grades. Ursache waren elektrische

Ströme, die durch das elektromagnetische

Hochfrequenzfeld im Gewebe induziert wur-

den. Strominduzierte Hautverbrennungen

können in extrem seltenen Fällen auch bei

MR-Untersuchungen mit zugelassenen Pro-

tokollen und unter Einhaltung aller Grenz-

werte auftreten, wenn sich unbeabsichtigt

eine Stromschleife bildet. Durch Vermeidung

von fokalen Haut-zu-Haut-Kontakten der Ex-

tremitäten kann diese extrem seltene Ne-

benwirkung ausgeschlossen werden.

Schlüsselwörter

Magnetresonanztomographie ·

Nebenwirkung · Sicherheit

Priv. Doz. Dr. Michael V. KnoppDeutsches Krebsforschungszentrum,

Abt. Onkologische Diagnostik und Therapie,

Im Neuenheimer Feld 280, D-69120 Heidelberg&/fn-block:&bdy:

Ausführliche aktuelle Informatio-nen stellt die Webseite der „Inter-national Society of Magnetic Re-sonance in Medicine“ (www.ismrm.org.) und die „International MR Sa-fety Central Web Site“ (kanal.arad.upmc.edu/mrsafety.html) zurVerfügung.

M.V. Knopp · R. Metzner · G. Brix · G. van Kaick

Safety considerations to avoid current-induced skin burns in MRI

Summary

The safety aspects of radiological methods

continue to evolve. In this paper we report

on two cases of skin burns in MRI caused by

induced electrical current. A second- and a

third-degree skin burn occurred during im-

aging in a 1.5 T system.The electromagnetic

radiofrequency field inadvertently led to

electrical currents caused by a conducting

loop through the extremities and trunk. Skin

burns induced by electrical current may

occur in extremely rare cases even with stan-

dard MR imaging protocols operating within

all current safety guidelines by inadvertently

forming a closed conducting loop. By avoid-

ing focal skin to skin contact of the extre-

mities, this extremely rare adverse event can

be avoided.

Key words

Magnetic resonance · Safety · Adverse effects

Nachfolgend berichten wir überzwei Patientenuntersuchungen, bei de-nen es während einer routinemäßigenMR-Untersuchung an einem klinischen1,5 Tesla-System zu strominduziertenHautverbrennungen gekommen ist. Beibeiden Untersuchungen wurden ledig-lich zugelassene Spinecho- und Gradi-entenechosequenzen eingesetzt, wobeiweder die SAR-Grenzwerte überschrit-ten noch irgendwelche Unregelmäßig-keiten beobachtet wurden. Der Herstel-ler wurde in beiden Fällen über uner-wünschte Nebenwirkungen informiert,und nach der „Good ManufacturingPractice“ (GMP) wurde eine sicherheits-relevante Analyse durchgeführt. BeidePatienten wurden über das Auftreten derungewöhnlichen Nebenwirkung infor-miert und haben bislang auf haftungs-rechtliche Ansprüche verzichtet.

Fall A

Es handelt sich um einen 43jährigenPatienten, der vor 4 Jahren an einemLiposarkom operiert und strahlenthe-rapeutisch nachbehandelt wurde. Post-therapeutisch wies der Patient einenextrem dünnen Oberschenkel bei sehrkräftiger Wadenmuskulatur auf. Bishe-rige Kontrolluntersuchungen in der Ab-teilung wurden mittels Computertomo-graphie durchgeführt, jedoch fandenzuvor bereits zwei MR-Untersuchungenan anderen Einrichtungen statt. Zur op-timalen Positionierung des Patientenwurde dieser mit entblößten Beinenuntersucht. Der Patient war lediglichmit Unterwäsche, einem Hemd mit

(FDA)&fnn.1:1 nahezu identisch [1]. Unter-schiede finden sich dagegen in denEmpfehlungen zur Begrenzung derSAR (Tabelle 1). Hinsichtlich der maxi-malen Teilkörperabsorption liegen dieGrenzwerte der FDA deutlich höher,wobei jedoch nicht über ein Gewichtvon 100 g, sondern jeweils nur über 1 gGewebe gemittelt wird.

Trotz dieser Sicherheitsmaßnah-men lassen sich lokale Gewebeerwär-mungen jedoch nicht in allen Fällen ver-meiden. Induzierte elektrische Strömelassen sich zum Beispiel prinzipiell nichtvom MR-System überwachen. So wurdeüber Verbrennungsfälle berichtet, diedurch leitendes Material im MR-System,wie zum Beispiel durch EKG- und Spu-lenkabel etc., hervorgerufen wurden [4].Anhand von Phantomuntersuchungenwurde gezeigt, daß Hochfrequenzfelderin inhomogenen Objekten zu fokalenErwärmungen führen können [3]. Ob-wohl dieser sicherheitsrelevante Effektbei Hochfeldgeräten aller Hersteller be-obachtet werden kann, ist er Nichtspe-zialisten meistens unbekannt und in dermedizinischen Fachliteratur bisherkaum dokumentiert. Das Verständnisdieses Effektes ist jedoch wesentlich, dadie aktuellen Bedienungsanleitungenfür MR-Systeme, die die gesetzlicheGrundlage für den Betrieb nach der me-dizinischen Geräteverordnung (MedGv)darstellen, ausdrücklich vor der Ver-brennungsgefahr durch induzierte elek-trische Ströme warnen.

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Radiologe1998 · 38:759–763 © Springer-Verlag 1998

Tabelle 1

Grenzwerte für die spezifische Absorptionsrate (SAR), gemittelt über1 g Gewebe bei Patientenuntersuchungen im MRT gemäß den aktuel-len Richtlinien der US-FDA

Körperregion SAR Betrachtetes Gewebe Mittelungszeit[W/kg] [g] [min]

Ges. Körper 4 1 15Rumpf 8 1 5Extremitäten 12 1 5Kopf (A) 8 1 5Kopf (B) 3 1 10

Die aktuellen Grenzwerte der deutschen Strahlenschutzkommission finden sich bei [1] inTabelle 2. Werden höhere Werte erreicht, so müssen die Anforderungen gemäß GoodClinical Practice (GCP) erfüllt und solche Untersuchungen unter entsprechenden Studien-bedingungen durchgeführt werden.

1 http://www.fda.gov/cdrh/ode/mag-dev.html&/fn:

Krawatte und Wollsocken bekleidet. Erwurde aufgefordert, während der Un-tersuchung die Beine nicht zu bewegen,diese waren jedoch in keiner Weise fi-xiert. Der Blasebalg zum Auslösen desSicherheitsalarms wurde dem Patien-ten in die rechte Hand gegeben. Es wa-ren keine leitenden Verbindungen wieEKG-Kabel etc. vorhanden. Um einegroßflächige Bildgebung zu ermögli-chen, wurde die Untersuchung ohneweitere separate Spule gezielt mit derGanzkörperspule durchgeführt. Abbil-dung 1a zeigt das Übersichtsbild.

strahlentherapeutischen klinischen Ver-laufskontrolle vor, bei der eine Rö-tung an beiden Unterschenkeln fest-gestellt wurde. Der Patient hatte diesebisher nicht bemerkt und versicherte,daß diese zuvor nicht aufgetreten war.Die Hautrötungen wurden photogra-phisch dokumentiert und das MR-Sy-stem vorübergehend zur Überprüfungauf sicherheitsrelevante Mängel still-gelegt.

Der Patient berichtete bei der Wie-dervorstellung zwei Wochen nach demEreignis, daß sich die gerötete Hautflä-che gelöst habe und nun ein tiefes, bisauf die Muskulatur reichendes Loch vor-handen sei. Die Detailansicht zeigt einedrittgradige Verbrennung (Abb. 1b).

Fall B

Etwa zwei Jahre nach Auftreten des obi-gen Falles kam es zu einer weiteren un-erwünschten Nebenwirkung währendeiner MR-Mammographie. Bei einer48jährigen Patientin wurde zur weite-ren Abklärung eines unklaren mam-mographischen Befundes eine funktio-nelle MR-Mammographie durchge-führt. Die Patientin wurde in Bauchlagemit entblößtem Oberkörper in derStandard-Mammaspule mit den Armenüber dem Kopf positioniert. Die einge-setzten Untersuchungssequenzen sindin Tabelle 2 zusammengestellt. Sie ent-sprechen unserem standardisierten MR-mammographischen Untersuchungs-protokoll, das bereits in gleicher Weiseund Lagerung bei mehr als 2000 Pa-tientinnen durchgeführt wurde, ohnedaß jemals ein ähnlicher Fall auftrat.Neben dem Luftblasebalg waren wie-derum keine weiteren leitenden Verbin-dungen wie EKG-Kabel etc. im Geräte-tunnel vorhanden. Die SAR-Grenzwer-te wurden nicht überschritten, während

Wir führten eine Untersuchung derOberschenkelregion mit Spinechose-quenzen vor und nach Kontrastmittel-gabe sowie eine Angiographie ohneKontrastmittel mit einer FLASH 2D-Se-quenz durch. Die Details des Untersu-chungsablaufes sind bereits ausführlichvorgestellt worden [5].

Die Gesamtuntersuchungszeit be-trug 43 Minuten.Weder die MTRA nochder Patient konnten über ungewöhnli-che Beobachtungen während der Unter-suchung berichten. Direkt nach derMRT stellte sich der Patient zu einer

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a

b

Abb. 1 b 43jähriger Patient, der imRahmen der TherapienachsorgeMR-tomographisch untersuchtwurde (Fall A). a) Koronare Lokalisa-tionsaufnahme der Untersuchungs-region. Durch kombinierte radio-chirurgische Behandlung eines Lipo-sarkoms findet sich ein sehrschmächtiger linker Oberschenkel.b) Symmetrische Verbrennungsmar-ken an den Innenseiten der beidenUnterschenkel 2 Wochen nach derMR-Untersuchung

Tabelle 2

Im Fall B eingesetzte Sequenzen mit den vom MR-System berechneten SAR-Werten, die stets in den Bilddaten protokolliertwerden

Bezeichnung Winkel TR TE Orientierung Anzahl Schichten SAR lokal SAR Ganzkörper kumulativ[°] [ms] [ms] n [W/kg] [W/kg] [W min/kg]

Lokalizer 50 23 10 var 4 0,29 0,09 0,05FLASH 3D vor KM 35 12 5 axial 32 3,09 0,99 1,71KM-Dynamik SRTF 12 9 5 axial 32×15 0,10 0,03 2,04FLASH 3D nach KM 35 12 5 axial 32 3,02 0,97 3,67

der Untersuchung wurden keine Beson-derheiten beobachtet. Nach Abschlußder Untersuchung berichtete die Pati-entin, daß sie ein kurzes Piksen an ei-nem Finger bemerkt habe. Die Patien-tin war beunruhigt, ob dies möglicher-weise mit der Kontrastmittelgabe inZusammenhang stehen könne. Etwa 1 hnach der Untersuchung beobachtete sieeine Blasenbildung am rechtsseitigenMittelglied des kleinen Fingers undfragte telefonisch an, ob es sich hierbeium eine Kontrastmittelallergie handelnkönne. Wir baten die Patientin, sichumgehend wieder vorzustellen und be-obachteten eine Blasenbildung am Fin-ger (Abb. 2a) und eine Rötung am lin-

Diskussion

In beiden vorgestellten Fällen kam esbei einer routinemäßigen MR-Untersu-chung mit etablierten Sequenzen zustrominduzierten Verbrennungen aneinem fokalen Kontaktpunkt. Beide Pa-tienten bemerkten während der Unter-suchung an den Extremitäten keine Er-wärmung. Bei einer drittgradigen Ver-brennung (wie im Fall A) kommt essofort zu einer Zerstörung der Schmerz-rezeptoren. Im Fall B, bei der es sich umeine zweitgradige Verbrennung handel-te, war das von der Patientin verspürtePiksen durch Stimulation der subkuta-nen Schmerzrezeptoren bedingt.

Im Fall A handelt es sich therapie-bedingt um eine ungewöhnliche anato-mische Situation, bei der ein relativschmaler Oberschenkel mit einer sehrkräftigen, muskulösen Wade die Ausbil-dung einer geschlossenen Leiterschleifebegünstigte. Eine ähnliche Situation, je-doch durch keinerlei ungewöhnlicheAnatomie bedingt, hat sich im Fall Bdurch den fokalen Kontakt zwischendem muskulösen Unterarm und demschlanken Finger ergeben. In Abb. 2c istein elektrisches Ersatzschaltbild der ge-schlossenen Stromschleife dargestellt,wie sie sich wahrscheinlich bei der Pati-entin ausgebildet hat.

Physikalische Experimente und Si-mulationsberechnungen belegen, daßdie induzierten Stromflüsse eine aus-reichende Stromdichte aufweisen kön-nen, so daß es bei punktueller, blitzarti-ger Entladung zu hochgradigen Ver-brennungen kommen kann. In bezugauf die teilweise kontroverse Diskussi-on über die Richt- und Grenzwerte fürdie Hochfrequenzeinstrahlung (SAR-Werte) muß daher betont werden, daßdie hier dokumentierten Nebenwirkun-gen trotz Einhaltung aller Grenzwerteauftraten. Dies verdeutlicht, daß diebiophysikalischen Wechselwirkungenelektromagnetischer Felder von vielenFaktoren abhängig sind und daß Ne-benwirkungen auch durch eine strengeBeachtung von Richt- und Grenzwertennicht gänzlich ausgeschlossen werdenkönnen. Die hier vorgestellten, extremseltenen Beobachtungen, lassen sich al-lerdings durch ein Verständnis der Ur-sachen einfach vermeiden.

ken Unterarm. Auf Nachfrage gab siean, daß sie während der MR-Untersu-chung am Unterarm nichts bemerkt ha-be. Wir positionierten die Patientinnochmals in der Spule, um die Lage zurekonstruieren. Es stellte sich heraus,daß hierbei ein punktueller Kontaktzwischen dem rechtsseitigen Finger-mittelglied und dem linken Unterarmbestanden hatte (Abb. 2b).

Bei den klinischen Kontrollen zeig-te sich, daß sich die Blase am Fingerrückbildete und in der Cutis typischeVerbrennungszeichen entstanden. ImUnterschied zum Fall A war das subku-tane Fettgewebe jedoch nicht wegge-schmolzen (Verbrennung 2. Grades).

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Sicherheitsaspekte

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a b

c

Abb. 2 m 48jährige Patientin, die MR-mammographisch untersucht wurde (Fall B). a) Nahaufnahmedes rechten kleinen Fingers mit einer sichtbaren Blase. b) Positionierung der Arme über dem Kopfwährend der Untersuchung. Aufgrund der sehr kleinen Kontaktfläche kam es hierbei zu einer hohenelektrischen Stromdichte mit Entladung zwischen dem rechten kleinen Finger und dem linken Unter-arm. c) Schemazeichung einer geschlossenen Leiterschleife, wie sie wahrscheinlich während der Un-tersuchung bestanden hat. Der Stromkreis durch die beiden Arme und den Oberkörper wird durchdie Induktion (LKreis) und den Widerstand (RKreis) beschrieben, das subkutane Fettgewebe und derLuftspalt zwischen Finger und Unterarm jeweils durch eine Kapazität

Fazit für die Praxis

Der Sicherheitshinweis in den Bedienungs-anleitungen von MR-Systemen in bezugauf mögliche Verbrennungen ist relevant.Solche Verbrennungen durch induzierteStröme lassen sich allerdings vermeiden,indem das Auftreten von punktuellemHaut-Haut-Kontakt ausgeschlossen wird.Wir empfehlen daher, eine mögliche punk-tuelle Berührung – insbesondere der Ex-tremitäten – auszuschließen. Dies kanneinfach durch Schaumstoffkeile, Deckenoder Kleidungsstücke etc. bei der Patien-tenlagerung erreicht werden.

Die Autoren danken den betroffenen Patien-ten für ihre kooperative Einstellung undMitarbeit, Herrn J. Wiegand für die Photo-graphien und Frau P. Wöntz für Anfertigungder Zeichnung, sowie den vielen wissen-schaftlichen Diskussionspartnern.

Literatur1. Bernhardt JH,Vogel E (1998) Vermeidung

gesundheitlicher Risiken bei Anwendungmagnetischer Resonanzverfahren.Radiologe 38:737–742

2. Bundesministerium der Justiz (1998)

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17.01.98, 50:11a

3. Davis PL, Shang C,Talagala L, Pasculle AW

(1993) Magnetic resonance imaging cancause focal heating in a nonuniform phan-tom. IEEE Trans Biomed Eng 40:1324–1327

4. Kanal E (1992) An overview of electroma-gnetic safety considerations associatedwith magnetic resonance imaging.Ann NY Acad Sci 649:204–224

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6. Shellock FG, Kanal E (1996) Bioeffects andSafety of MR Procedures. In: Edelman RR,

Hesselink JR, Zlatkin MB (ed) MRI Clinical

Magnetic Resonance Imaging.W. Saunders

Company, Philadelphia London Toronto

Montreal Sydney Tokyo, 391–434

Der Radiologe 9·98 | 763

Auf dem G7-Gipfel 1995 in Brüssel be-schlossen die Regierungen der G7-Na-tionen, Informationstechnologien zufördern, um den Weg in die Informati-onsgesellschaft zu ebnen.Angesichts derimmensen Bedeutung der Telematik fürdie Gesundheitssysteme weltweit wurdeu.a. das „Global Health Care ApplicationsProject“ ins Leben gerufen. Ziel diesesinternationalen Projekts ist eine konti-nuierliche Verbesserung medizinischerQualität und Effizienz durch die Nutz-barmachung telematischer Funktiona-litäten für medizinische Zwecke.

Neun Unterprojekte (SP) befassensich seitdem mit unterschiedlichen The-men im Bereich der Medizin-Telematik,in denen die G7-Staaten sowie Rußland,Australien und einige weitere Nationenvertreten sind. Rückblickend auf 3 Jahreerfolgreicher internationaler Kooperati-on stellt sich nun die Frage nach den Ein-flüssen und Auswirkungen telemedizini-scher Applikationen auf Management-aspekte in der Medizin.

Anläßlich der Arbeitstreffen der G7-Unterprojekte „International ConcertedAction on Collaborationin Telemedicine“ (SP4)und „Enabling Mecha-nisms for Global HealthCare Networks“ (SP5) wirdvom 21-23. 11. 1998 am Kli-nikum der Universität Re-gensburg ein internatio-naler Kongreß zum The-ma „The Impact of Tele-medicine on Health CareManagement“ stattfinden.

Hauptthemen

International Networks◗ Global Co-operation between Cent-

res of Excellence◗ Civil-military Co-operation across

Nations◗ Global Maritime Telematic Applicati-

ons◗ Space Medicine

Enabling Implementation & Disseminationof Telematic Networks◗ Emergency Telemedicine◗ Home Care and Home Monitoring◗ Cards in Health Care◗ Security and Legal Solutions◗ Successful Vertical Networking◗ Economic Feasibility of Telematic

Applications

Neben dem wissenschaftlichen Pro-gramm sind Berichte aus den G7-Pro-jekten geplant, um die Arbeit dieserProjekte weiter transparent zu machen.Offene Arbeitstreffen für Nicht-G7-Pro-jektmitglieder runden die Veranstal-tung ab.

Zusätzlich können Abstracts zuden o.g. Themen eingereicht werden.Weitere Informationen sind über dieConference-Website oder über dasKongreßsekretariat erhältlich.

❏

Telemedizin – G7/8 InformationSociety Meeting in Regensburg„The Impact of Telemedicine on Health Care Management” , 21.-23. November 1998

Fachnachrichten

Kongreßsekretariat

Klinikum der Universität RegensburgAbteilung Unfallchirurgie- G7 Conference Office -D- 93042 Regensburg

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