Download PDF
Rofo 2005; 177(5): 731-744
DOI: 10.1055/s-2005-858110
Medizinphysik und Technik

© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

MRT-Untersuchungen des Hirns bei Patienten mit implantierten Herzschrittmachern. Experimentelle und klinische Untersuchungen an einem 1,5 Tesla-System

Magnetic Resonance Imaging of the Brain in Patients with Cardiac Pace makers. In-Vitro- and In-Vivo-Evaluation at 1.5 TeslaA. Schmiedel1 , M. Hackenbroch1 , A. Yang2 , C. P. Nähle1 , D. Skowasch2 , C. Meyer1 , R. Schimpf2 , H. Schild1 , T. Sommer1
  • 1Radiologische Universitätsklinik Bonn
  • 2Medizinische Klinik und Poliklinik II
Further Information

Publication History

Publication Date:
04 May 2005 (online)

Also available at
    Permissions and Reprints

Zusammenfassung

Ziel: Ziel dieser Arbeit war, die MRT-Kompatibilität von Herzschrittmachern (SM) an einem 1,5 T-System (aktive Abschirmung, maximale Gradientenstärke 30 mT/m, maximale Schaltgeschwindigkeit 150 T/m/s) bei MRT-Untersuchungen des Hirns In-vitro und In-vivo zu untersuchen. Material und Methoden: 24 SM-Modelle und 45 SM-Elektroden wurden an einem 1,5 T-MRT-System in Bezug auf Translationskräfte, Erwärmung, Reedschalter-Verhalten und Funktion In-vitro an einem Phantommodell untersucht. Basierend auf den Ergebnissen wurden 63 MRT-Untersuchungen des Hirns bei 45 Patienten mit implantierten Herzschrittmachern unter entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen (Umprogrammierung des Schrittmachers in einen asynchronen Modus, kontinuierliches Monitoring von EKG und Pulsoximetrie, Limitierung der SAR-Werte der MR-Pulssequenzen ≤ 1,2 W/kg, kardiologisches Stand-by) durchgeführt. Vor und unmittelbar nach der MRT-Untersuchung sowie nach drei Monaten wurde eine Schrittmacherkontrolle mit Abfrage aller SM-Parameter sowie Bestimmung der Stimulationsreizschwellen durchgeführt. Ergebnisse: Translationskräfte (Fmax ≤ 560 mN) und Temperaturentwicklung (ΔTmax ≤ 2,98 °C) In-vitro lagen in einem aus biophysikalischer Sicht unbedenklichen Bereich. Trotz des starken externen Magnetfelds wurde der Reedschalter bei einer In-vitro simulierten MRT-Untersuchung des Hirns nicht zwangsläufig geschlossen, sondern blieb in 54 % der Fälle (n = 13/24) geöffnet. Alle Patientenuntersuchungen (n = 63/63) konnten komplikationslos durchgeführt werden. Signifikante Anstiege der Reizschwellen (> 0,5 V) wurden weder akut noch im 3-Monats-Verlauf beobachtet (n = 0/63). Beschädigungen von SM-Komponenten oder der Integrität des Gesamtsystems sowie Verlust oder Änderung der programmierten Daten wurden in keinem Fall - weder bei den experimentellen Studien (n = 0/24) noch bei den klinischen Untersuchungen (n = 0/63) - beobachtet. Schlussfolgerung: MRT-Untersuchungen des Hirns können bei Patienten mit Herzschrittmachern an dem verwendeten 1,5 T-System durchgeführt werden, wenn geeignete Untersuchungsstrategien und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen befolgt werden. Herzschrittmacher sollten nicht grundsätzlich als absolute Kontraindikation für MRT-Untersuchungen des Hirns bei 1,5 T angesehen werden.

Abstract

Purpose: In-vitro and In-vivo evaluation of feasibility and safety of MRI of the brain at 1.5 T in patients with implanted pacemakers (PM). Materials and Methods: 24 PM models and 45 PM electrodes were tested In-vitro with respect to translational forces, heating of PM leads, behaviour of reed switch (activated vs. deactivated) and function at a 1.5 T MRI-system (actively shielded, maximum field gradient: 30 mT/m; rise time: 150 T/m/s). Based on these results, 63 MRI examinations in 45 patients with implanted PM were performed. Prior to MRI the PM were re-programmed in an asynchronous mode. The maximum SAR of MRI-sequences was limited to 1.2 W/kg. Continuous monitoring of ECG and pulse oximetry was performed during MRI. PM inquiry was performed prior to MRI, immediately after MRI and - to assess long-term damages - three months after the MRI exams, including determination of stimulation thresholds to assess potential thermal myocardial injuries at the lead tips. Results: Translational forces (Fmax ≤ 560 mN) and temperature increase (ΔTmax ≤ 2.98 °C) were in a range which does not represent a safety concern from a biophysical point of view. No changes to the programmed parameters of the PM or damage of PM components were observed neither In-vitro (n = 0/24) nor In-vivo (n = 0/63). Despite the strong magnetic field, the reed switch remained deactivated in 54 % (13/24) of the cases during In-vitro simulated MRI exams of the brain. All patient studies (n = 63/63) could be completed without any complications. Atrial and ventricular stimulation thresholds (expressed as pulse duration at 2-fold rheobase) did not change significantly immediately post-MRI nor in the 3 months follow-up (pre-MRI: 0.17 ms ± 0.13 ms, post-MRI: 0.18 ms ± 0.14 ms, 3 months follow-up: 0.17 ms ± 0.12 ms). Conclusion: MRI of the brain at 1.5 Tesla can be safely performed in carefully selected clinical circumstances when appropriate strategies are used (re-programming the PM to an asynchronous mode, continuous monitoring of ECG and pulse oximetry, limiting the SAR value of the MRI sequences, cardiological stand-by). Based on these studies, implanted PM should not longer be regarded as an absolute contraindication for MRI at 1.5 T.

Key words

Magnetic resonance imaging - cardiac pacemakers - metal implants

Literatur

  • 1 Sommer T, Vahlhaus C, Lauck G. et al . MR imaging and cardiac pacemakers: In-vitro evaluation and In-vitro studies in 51 patients at 0,5 T.  Radiology. 2000;  215 869-879
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 2 Kanal E, Shellock F G. MR imaging of patients with intracranial aneurysm clips.  Radiology. 1993;  187 612-614
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 3 Kanal E, Shellock F G, Lewin J S. Aneurysm clip testing for ferromagnetic properties: clip variability issues.  Radiology. 1996;  200 576-578
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 4 Shellock F G, Detrick M S, Brant-Zawadski M N. MR compatibility of Guglielmi detachable coils.  Radiology. 1997;  203 568-570
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 5 Shellock F G, Shellock V J. Spetzler titanium aneurysm clips: compatibility at MR imaging.  Radiology. 1998;  206 838-841
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 6 Shellock F G, Kanal E. Yasargil aneurysma clips: evaluation of interactions with a 1.5-T MR system.  Radiology. 1998;  207 587-591
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 7 Teitelbaum G P, Bradley W G, Klein B D. MR imaging artifacts, ferromagnetism, and magnetic torque of intravascular filters, stents and coils.  Radiology. 1988;  166 657-664
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 8 Luechinger R, Duru F, Scheidegger M B. et al . Force and torque effects of a 1.5-Tesla MRI scanner on cardiac pacemakers and ICDs.  Pacing Clin Electrophysiol. 2001;  24 199-205
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 9 Markewitz A. Jahresbericht 2002 des Deutschen Herzschrittmacherregisters.  Herzschrittmachertherapie und Elektrophysiologie. 2004;  15 88-112
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 10 Venkateswara S M, Ilankumaran V, Srinivasa R ao N. Trends in cardiac pacemaker batteries.  Indian Pacing Electrophysiol. 2004;  4 201-212
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 11 Erlebacher J, Cahill P, Panizzo F. et al . Effect of magnetic resonance imaging on DDD pacemakers.  Am J Cardiol. 1986;  57 437-440
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 12 Holmes D, Hayes D, Gray J. et al . The effects of magnetic resonance imaging on implantable pulse generators.  Pace. 1986;  9 360-370
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 13 Fetter J, Aram G, Holmes D. et al . The effects of nuclear magnetic resonance imagers on external and implantable pulse generators.  Pace. 1984;  7 720-727
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 14 Pavlicek W, Geisinger M, Castle L. et al . The effects of nuclear magnetic resonance on patients with cardiac pacemakers.  Radiology. 1983;  147 149-153
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 15 Shellock F G, Kanal E. SMRI Report: polices, guidelines, and recommendations for MR imaging safety and patient management.  J Magnetic Resonance Imaging. 1992;  2 247-248
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 16 Shellock F G, Kanal E. Magnetic resonance: bioeffects, safety, and patient management. New York; Lippincott-Raven 1997: 157-170
    Search in Google Scholar
  • 17 Shellock F G. Pocket guide to MR procedures and metallic implants: update 1998. New York; Lippincott-Raven 1998: 40-50
    Search in Google Scholar
  • 18 Zimmermann B, Faul D. Artifacts and hazards in NMR imaging due to metal implants and cardiac pacemakers.  Diag Imag Clin Med. 1984;  53 53-56
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 19 Planert J, Modler H, Vosshenrich R. Measurement of magnetism-related forces and torque moments affecting medical instruments, implants, and foreign objects during magnetic resonance imaging at all degrees of freedom.  Med Phys. 1996;  23 851-856
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 20 Soulen R L, Budinger T F, Higgins C B. Magnetic resonance imaging of prosthetic heart valves.  Radiology. 1985;  154 705-707
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 21 Smekal A, Wolke S, Seelos K C. et al . Einfluss der Kernspintomographie auf implantierbare Herzschrittmacher.  Herzschrittmachertherapie und Elektrophysiologie. 1993;  4 104
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 22 Wirsum S. Das Sensor-Kochbuch. Bonn; IWT-Verlag 1994: 131-139
    Search in Google Scholar
  • 23 Driller J, Barold S S, Parsonnet V. Normal and abnormal function of the pacemaker magnetic reed switch.  J Electrocardiol. 1976;  9 283-292
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 24 Friedberg H D, Lillehei R C, Mosharraffa M. Long life pacemakers: 3-years study of cardiac pacemakers inc. lithium pulse generators. Watanabe Y Cardiac pacing Amsterdam; Excerpta Medica 1977: 87-94
    Search in Google Scholar
  • 25 Irnich W. Interference in Pacemakers.  Pace. 1984;  7 1021-1048
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 26 Irnich W, Batz L. Influencing thresholds of cardiac pacemakers due to static magnetic fields.  Herzschrittmacher. 1992;  12 125-131
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 27 Luechinger R, Duru F, Zeijlemaker V A. et al . Pacemaker reed switch behaviour in 0.5, 1.5, and 3.0 Tesla magnetic resonance imaging units: are reed switches always closed in strong magnetic fields?.  Pacing Clin Electrophysiol. 2002;  25 1419-1423
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 28 Bernhardt J. The direct influence of electromagnetic fields on nerve- and muscle cells of man within the frequeny range of 1 Hz to 30 MHz.  Rad and Environm Biophys. 1979;  16 309-323
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 29 Bernhardt J H, Kossel F. Gesundheitliche Risiken bei der Anwendung der NMR-Tomographie und In-vivo-NMR-Spektroskopie.  Fortschr Röntgenstr. 1984;  141 251-258
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 30 Davis P L, Crooks L, Arakawa M. et al . Potential hazards in NMR imaging: heating effects of changing magnetic fields on small metallic implants.  Am J Roentgenol. 1981;  137 857-860
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 31 Hofman M B, de Cock C C, van der Linden J C. et al . Transesophageal cardiac pacing during magnetic resonance imaging: feasibility and safety considerations.  Magn Reson Med. 1996;  35 413-422
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 32 Achenbach S, Moshage W, Kuhn I. et al . Fallvorstellung: Kernspintomographie bei einem Patienten mit Zweikammer-Schrittmachersystem.  Z Kardiol. 1995;  84 119
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 33 Luechinger R, Zeijlemaker V, Pedersen E. et al . In vivo heating of pacemaker leads during magnetic resonance imaging.  European Heart Journal. 2004;  6 1-9
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 34 Roguin A, Zviman M M, Meininger G R. et al . Modern pacemaker and implantable cardioverter/defibrillator systems can be magnetic resonance imaging safe: In-vitro and In-vitro assessment of safety and function at 1.5 T.  Circulation. 2004;  110 475-482
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 35 Martin E T, Coman J A, Shellock F G. et al . Magnetic resonance imaging and cardiac pacemaker safety at 1,5 Tesla.  J Am Col Cardiol. 2004;  43 7
    PubMedSearch in Google Scholar

PD Dr. T. Sommer

Radiologische Universitätsklinik

Sigmund-Freud-Str. 25

53105 Bonn

Phone: 02 28/2 87 59 60

Email: t.sommer@uni-bonn.de