Risonanza magnetica: problematiche di sicurezza e livelli di esposizione degli operatori by Daniele Andreuccetti

ATTI DEL XXIV CONGRESSO NAZIONALE AIRM

RISCHIO RADIOLOGICO E SORVEGLIANZA MEDICA IN OSPEDALE Firenze 28 - 30 maggio 2015

A cura di Giuseppe De Luca e Roberto Moccaldi

ISBN 978-88-909379-0-3

Presidente Roberto Moccaldi Responsabile scientifico Giuseppe De Luca Comitato scientifico ECM Roberto Moccaldi (Coordinatore), Marcello Bellia†, Gabriele Campurra†, Giulia Castellani, Valerio Ciuffa, Franco Claudiani, Giuseppe De Luca, Fabriziomaria Gobba, Raffaele Pennarola, Benedetta Persechino, Andrea Stanga, Massimo Virgili Consiglio scientifico Giulio Arcangeli, Vincenzo Cupelli, Giuseppe De Luca, Fabriziomaria Gobba, Roberto Moccaldi, Nicola Mucci, Giorgio Trenta Responsabile amministrativo ed organizzativo Andrea Stanga Con il patrocinio di CNR, ENEA, INAIL, INFN, ISPRA, Università di Firenze, FISM, AIFM, AIRP, ANPEQ, SIMLII, FIRR

Indice

PRESENTAZIONE ......................................................................................................................................... I

RADIOLOGIA INTERVENTISTICA IL RUOLO DELL’OPERATORE ...................................................................................................................... 1 Il chirurgo vascolare (C. Pratesi) .......................................................................................................... 1 Il neuroradiologo (S. Mangiafico)....................................................................................................... 22 L’urologo endoscopista (V. Lacola) .................................................................................................... 25 IL RUOLO DEL RADIOLOGO RESPONSABILE (A. Orlacchio) .................................................................... 32 IL RUOLO DEL MEDICO AUTORIZZATO (R. Moccaldi) ............................................................................ 48 L’OTTIMIZZAZIONE DELLA RADIOPROTEZIONE IN RADIOLOGIA INTERVENTISTICA (F. Campanella) ....................................................................................................................................... 67 LE RECENTI ACQUISIZIONI SULLA CATARATTA DA RADIAZIONI IONIZZANTI (G. Trenta) .................... 82 EFFETTI CUTANEI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI (G. Castellani) ...................................................... 104 EFFETTI DETERMINISTICI SU CUTE E CRISTALLINO DA RADIOTERAPIA (A. Morganti) ........................ 112 GESTIONE DEI POTENZIALI EFFETTI DETERMINISTICI E STOCASTICI SUI LAVORATORI ESPOSTI DA PARTE DEL M.A. (V. Ciuffa) ................................................................................................................. 125

IMPIEGHI NELLE NIR PROBLEMATICHE DI SICUREZZA E LIVELLI DI ESPOSIZIONE DEGLI OPERATORI (D. Andreuccetti) .................................................................................................................................. 144 COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA PER GLI OPERATORI PORTATORI DI DISPOSITIVI MEDICI IMPIANTABILI ATTIVI (F. Censi) ........................................................................................................... 166 IMPIEGHI E RUOLI. PROBLEMATICHE DI SICUREZZA E LIVELLI DI ESPOSIZIONE DEGLI OPERATORI (N. Zoppetti) ......................................................................................................................................... 168 SORVEGLIANZA SANITARIA DEGLI OPERATORI ESPOSTI A CEM (RM; SALA OPERATORIA; FKT) (F. Gobba, G. Arcangeli) ...................................................................................................................... 191 UV IN DERMATOLOGIA E PER USI DI STERILIZZAZIONE: IMPIEGHI E PROBLEMATICHE DI SICUREZZA (R. Di Liberto) ...................................................................................................................................... 197 LA SORVEGLIANZA SANITARIA DEI LAVORATORI ESPOSTI A RADIAZIONI OTTICHE ARTIFICIALI (ROA) (G. Taino) ................................................................................................................................. 203

MEDICINA NUCLEARE IL RUOLO DEL MEDICO NUCLEARE (F. Claudiani) ................................................................................ 221 IL RUOLO DELL’EQ IN MEDICINA NUCLEARE (Sandro Sandri) ............................................................ 229 LA MEDICINA NUCLEARE: IL RUOLO DEL MEDICO AUTORIZZATO IN CONDIZIONI NORMALI (M. Virgili) ............................................................................................................................................ 246 IL RUOLO DEL MEDICO AUTORIZZATO IN CONDIZIONI INCIDENTALI (G. De Luca)............................ 272

CONSENSUS E CONCLUSIONI PROPOSTA DI REGOLAMENTO DI RADIOPROTEZIONE NELLE STRUTTURE OSPEDALIERE (V. Lodi) ................................................................................................................................................ 304

COMUNICAZIONI LIBERE VALUTAZIONE DEL MICROCIRCOLO E RISCHIO RADIOLOGICO NELLA SORVEGLIANZA MEDICA IN OSPEDALE (E. Pennarola) ................................................................................................................. 316 I SERVIZI DI MEDICINA DEL LAVORO NELLA RADIOPROTEZIONE (R. Pennarola) ................................ 322 INFLUENZA DEI CEM SUI PORTATORI DI PACEMAKER: UN CASO CLINICO (A. Galdi) ......................... 326 LA CLASSIFICAZIONE DEI TSRM IN RELAZIONE AL RISCHIO DI ESPOSIZIONE A RADIAZIONI IONIZZANTI: UN’INDAGINE ITALIANA (Sara Sandri) ............................................................................ 329 L’INDENNITÀ DI RISCHIO RADIOLOGICO E L’ESPERIENZA DELLA CRR DELL’ASP DI MESSINA (E. Pellegrino)........................................................................................................................................ 337

Presentazione

L’Ospedale costituisce il principale ambito in cui vengono svolte attività lavorative con esposizione a radiazioni ionizzanti e non ionizzanti: in Italia è divenuto poi l’ambito quasi esclusivo di esposizione professionale alle radiazioni ionizzanti a seguito della cessazione dell’attività degli impianti nucleari e per la relativa scarsità di lavoratori esposti in altri impieghi (in campo industriale, di ricerca, ecc.) delle radiazioni. L’introduzione di nuove tecniche diagnostiche e di trattamento ha modificato non poco sia le modalità che i livelli di esposizione degli addetti: in particolare negli ultimi decenni si è assistito ad un significativo incremento delle applicazioni di procedure radiologia interventistica, che in appropriate situazioni cliniche si sostituiscono agli interventi chirurgici più invasivi, con un conseguente aumento delle esposizioni dei lavoratori interessati. Anche in Medicina Nucleare, le nuove tecnologie legate alla PET hanno modificato modalità ed entità dell’esposizione al rischio radiologico degli operatori. Per

quanto

riguarda

poi

radiazioni

non

ionizzanti,

esposizioni

potenzialmente non trascurabili dei lavoratori sono associate principalmente all’impiego di apparecchiature per la Risonanza Magnetica, ma anche all’utilizzo di altre apparecchiature in ambito chirurgico, ortopedico ed in fisiochinesiterapia. Il XXIV Congresso Nazionale AIRM si è posto l’ambizioso obiettivo di fornire ai Medici di Radioprotezione un aggiornamento up to date sui rischi da radiazioni per i lavoratori esposti in ambiente ospedaliero, mettendo a disposizione adeguati strumenti per l’analisi e la gestione dei rischi stessi. A questo fine è stata svolta, per le principali attività a rischio, un’accurata descrizione delle mansioni insieme con l’analisi delle relative modalità di esposizione, da parte di qualificati rappresentanti di tutte le figure direttamente interessate (operatori sanitari coinvolti nelle pratiche,

responsabili delle apparecchiature, fisici esperti della radioprotezione e, ovviamente, medici autorizzati) al fine di proporre i più corretti e condivisi strumenti di gestione della prevenzione e protezione, con particolare attenzione alle tematiche della sorveglianza medica. La centralità degli argomenti trattati ha decretato il successo di questo XXIV Congresso, attestato dalla partecipazione di più di 170 iscritti (un vero “record” per la nostra Associazione). Per tale motivo abbiamo chiesto agli autori l’ulteriore fatica di elaborare un testo che potesse permettere la migliore fruizione delle approfondite ed aggiornate conoscenze presentate in sede congressuale, per costruire un documento di riferimento scientifico ed operativo per i Medici italiani di Radioprotezione su questi temi. Ed è con viva soddisfazione che oggi possiamo presentare ai partecipanti al XXIV Congresso ed ai soci della nostra Associazione questi Atti, per la prima volta editi in versione elettronica e quindi, crediamo, ancora più fruibili. Ci auguriamo che questo volume possa accompagnare ancora più da vicino le attività dei Medici Autorizzati e costituire un “pozzo” dal quale attingere le necessarie informazioni di supporto alla nostra sempre più complessa attività professionale. Da queste righe va un sentito ringraziamento a tutti coloro che si sono impegnati per il successo della manifestazione: relatori, componenti del comitato scientifico ed organizzativo, segreteria, colleghi della Cattedra di Medicina del Lavoro dell’Università di Firenze. Un particolare ringraziamento va al dott. Giuseppe De Luca, che ha curato insieme a chi scrive l’organizzazione scientifica del Congresso, nonché la raccolta dei testi e la loro revisione editoriale, ed al dott. Andrea Stanga per l’instancabile impegno nella perfetta organizzazione dell’evento, altro elemento cardine che ha determinato il pieno successo della manifestazione.

Il Presidente AIRM Roberto Moccaldi II

IMPIEGHI NELLE NIR

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Impieghi nelle NIR

Andreuccetti

XXIV CONGRESSO NAZIONALE AIRM RISCHIO RADIOLOGICO E SORVEGLIANZA MEDICA IN OSPEDALE Firenze, 28 - 30 maggio 2015

PROBLEMATICHE DI SICUREZZA E LIVELLI DI ESPOSIZIONE DEGLI OPERATORI D. Andreuccetti*, G. Contessa**, R. Lodato***, R. Pinto**** *CNR – Istituto di Fisica Applicata Nello Carrata (IFAC), via Madonna del Piano 10 – 50019 Sesto Fiorentino (Firenze) **ENEA C.R. Casaccia, via Anguillarese 301 – 00123 Santa Maria di Galeria (Roma) ***INAIL - Dipartimento Medicina, Epidemiologia, Igiene del Lavoro ed Ambientale – Laboratorio Radiazioni Non Ionizzanti, via Fontana Candida 1 – 00040 Monte Porzio Catone (Roma) ****ENEA - Unità Tecnica di Biologia delle Radiazioni e Salute dell’Uomo (UT-BIORAD), via Anguillarese 301 – 00123 Santa Maria di Galeria (Roma)

Riassunto Si discutono di seguito le principali problematiche di sicurezza occupazionale connesse con l’esposizione ai campi elettromagnetici emessi dai tomografi a risonanza magnetica. Vengono presentati gli agenti fisici coinvolti e le metodiche per la loro valutazione. Si riporta una sintesi dei risultati relativi ad alcune campagne di misura condotte dai gruppi degli autori nell’ambito di recenti progetti di ricerca nazionali.

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Andreuccetti

Introduzione I tomografi a risonanza magnetica (RM; un esempio in Figura 1) si vanno sempre più diffondendo nelle strutture sanitarie pubbliche e private. La presenza di questi apparati diagnostici pone problemi rilevanti per chi si occupa di protezione dalle esposizioni ai campi elettromagnetici, a causa della complessità dei campi dispersi e della loro rilevante intensità. Di fatto, l’esposizione occupazionale nei reparti di RM ha rappresentato uno degli aspetti cruciali nel processo di sospensione e successiva revisione della Direttiva Europea 2004/40 [1], che si è concluso con la pubblicazione della nuova Direttiva 2013/35 [2].

Fig. 1 – Tomografo a risonanza magnetica da 1.5 T

Un tomografo RM produce tre diverse tipologie di campi elettromagnetici: 1.

un campo magnetostatico (CMS) molto intenso (i tomografi a corpo intero attualmente più diffusi in Italia lavorano a 1.5 T, ma già da tempo sono stati introdotti tomografi a 3 T, mentre valori ancora più elevati iniziano ad essere utilizzati nelle applicazioni di ricerca, soprattutto in ambito funzionale). L’intensità di questo campo determina la frequenza di risonanza magnetica dei nuclei di idrogeno (protoni), in ragione di circa 42 MHz per ogni tesla. Il CMS è confinato principalmente all’interno di 145

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Andreuccetti

un’apposita struttura cilindrica (il bore) in cui viene posizionato il paziente,

valori

considerevoli

(progressivamente

più

bassi

allontanandosi dal bore) sono dispersi in tutto lo spazio circostante. Il campo magnetostatico, per motivi tecnologici, non viene mai spento, neppure quando l’apparato è inutilizzato per lungo tempo, ed è quindi sempre presente nei locali adibiti alla risonanza; 2.

un campo elettromagnetico a radiofrequenza (CRF) attivato ad impulsi, utilizzato per eccitare i nuclei di idrogeno alla frequenza di risonanza; il rilassamento che ne consegue quando il CRF viene disattivato genera il segnale alla base della produzione dell’immagine tomografica;

un campo magnetico di gradiente (CMG) a frequenza intermedia, che modifica localmente il campo magnetostatico e quindi la frequenza di risonanza dei protoni, in modo da codificare spazialmente il segnale prodotto. Il CMG viene attivato e disattivato seguendo opportune sequenze (dipendenti dal tipo di esame che si vuole eseguire), producendo così un campo magnetico variabile nel tempo in modo complesso.

Nella maggior parte delle situazioni, il personale sanitario è esposto solo al CMS e alle conseguenze dei movimenti in esso. Il personale, infatti, lascia il locale del tomografo durante l’esecuzione degli esami, quando vengono attivati il CMG e il CRF. Vi sono però alcune eccezioni, come la risonanza magnetica interventistica (ossia l’esecuzione di interventi chirurgici sotto continuo monitoraggio RM, che per altro non risulta essere praticata in Italia), oppure il caso di esami su soggetti sedati, per i quali è necessaria la presenza di un anestesista accanto al paziente, come talvolta accade in cardiologia pediatrica. Un primo studio sull’argomento, finanziato nel 2008 dalla Commissione Europea [3], aveva indicato che – sebbene il 90% delle procedure esaminate sembrasse conformi alle disposizioni della direttiva 2004/40 – potevano restare fuori

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alcune situazioni particolari ma importanti, come appunto la RM interventistica e i casi di movimenti molto rapidi nelle aree più vicine al tomografo. Come conseguenza di questa situazione, anche in Italia si sono avute iniziative di ricerca volte a fornire elementi utili alla valutazione dell’esposizione degli operatori sanitari nei reparti di RM, sia sul piano metodologico (messa a punto di catene strumentali e di procedure di misura e di analisi), sia sul piano conoscitivo (acquisizione di informazioni sugli effettivi livelli di esposizione). L’ISPESL (confluito nell’INAIL alla fine del 2010) ha varato nel 2008 e nel 2010 due specifici progetti di ricerca sull’argomento che, inoltre, ha trovato spazio anche nel programma strategico Sicurezza e tecnologie sanitarie del Ministero della Salute (bando 2008) e in un progetto di ricerca finalizzata dello stesso Ministero (bando 2009), dedicato allo Studio ex vivo e in vitro degli effetti dei campi elettromagnetici sulle cellule staminali e valutazione del rischio degli operatori sanitari.

Quadro normativo La Direttiva 2013/35 sopra citata stabilisce un insieme completo di criteri per la valutazione dell’esposizione occupazionale ai campi elettromagnetici. Per quanto riguarda i valori limite, essa si rifà alle linee guida rilasciate dall’ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) nel 1998 sui campi ad alta frequenza [4]1, nel 2009 sui campi statici [5] e nel 2010 sui campi a bassa frequenza [6]. L’ICNIRP ha inoltre pubblicato nel 2014 le linee guida concernenti il movimento di un individuo in un campo magnetostatico e l’esposizione ai campi magnetici lentissimamente variabili nel tempo [7]; queste però, al momento, non sono state inserite in atti legislativi formali.

Le linee guida ICNIRP del 1998 disciplinano con continuità tutto l’intervallo di frequenze da 0 Hz a 300 GHz, ma solo la parte relativa agli effetti termici (con frequenze maggiori di 100 kHz) è stata recepita dalla direttiva 2013/35, che fa invece riferimento alle più recenti linee guida del 2010 per gli effetti di stimolazione del sistema nervoso alle basse frequenze.

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Le linee guida ICNIRP del 1998 [4] costituiscono anche il riferimento scientifico della Raccomandazione Europea 1999/519 [8] per la limitazione dell’esposizione della popolazione tanto alle basse, quanto alle alte frequenze. Per vari motivi, gli aspetti normativi pertinenti la protezione della popolazione sono di interesse anche per chi si occupa di esposizioni occupazionali. Nel seguito, ci riferiremo pertanto all’insieme delle linee guida ICNIRP [4], [5], [6] e [7] per confrontare e discutere i livelli di esposizione che si incontrano in RM.

Materiali e metodi Il metodo del picco ponderato Le normative di radioprotezione specificano valori limite che variano in funzione della frequenza: esse pertanto sono applicabili in modo semplice solo ai segnali sinusoidali. In presenza di segnali con forma d’onda complessa, le normative propongono dei metodi di elaborazione che consentono di pesare opportunamente i contributi alle varie frequenze presenti nello spettro del campo, tenendo conto che a ciascuno di essi si deve applicare in genere un valore limite diverso. Il metodo più adatto a trattare le forme d’onda che s’incontrano in RM è il “metodo del picco ponderato” (o metodo WP, dall’inglese weighted-peak) [9]. Questo metodo consiste nel calcolare un indice, il cui valore deve essere inferiore a 1 per garantire la conformità, attraverso una elaborazione che tiene conto sia delle ampiezze dei contributi spettrali presenti nel segnale considerato (rapportate ai valori di riferimento normativi alle frequenze corrispondenti), sia delle rispettive fasi. Il valore assoluto massimo della forma d’onda così elaborata costituisce l’indice cercato. In formule, per la componente X del campo magnetico avremo:

(1)

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dove Bx (fi ) e θ1 sono ampiezza di picco e fase del contributo spettrale alla frequenza

fi dellacomponente X del campo e BL (f i) è il livello di riferimento ICNIRP alla stessa frequenza (in valore efficace); ϕ1 è lo sfasamento che verrebbe introdotto, alla frequenza fi, da una catena di filtri analogici del primo ordine, che simula la risposta di una cellula nervosa ed è progettata per fornire una funzione di trasferimento uguale, in ampiezza, al termine 1 / BL (fi)√2. Espressioni analoghe valgono per WPy

(t) e WPz (t). Una volta calcolati gli indici in funzione del tempo per le tre componenti cartesiane del campo, l’indice WP complessivo si trova prendendo il valore massimo della radice quadratica della somma istantanea dei quadrati delle tre componenti:

(2) dove il massimo si intende preso su tutto l’arco temporale di durata dell’esposizione. L’equazione (2) può essere applicata sia con soluzioni in hardware, mediante una catena di opportuni filtri analogici, sia per via software, mediante procedure numeriche in grado di emulare, nel dominio del tempo o della frequenza, il comportamento dei filtri stessi.

Campo magnetico di gradiente All’interno del bore di un apparato RM, il campo magnetico di gradiente è diretto prevalentemente lungo l’asse principale; il CMG si annulla nel centro del bore stesso e varia linearmente nello spazio allontanandosene lungo le tre direzioni di un sistema di riferimento cartesiano ortogonale predeterminato. All’esterno del bore, la direzione del campo e la sua intensità variano invece in modo complesso nello spazio. Inoltre, i gradienti lungo le tre direzioni sono attivati, indipendentemente uno dall’altro, per brevi periodi secondo un’opportuna temporizzazione, sincronizzata anche con l’attivazione del campo a radiofrequenza, 149

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in modo da selezionare i punti da cui si vuole ricevere il segnale con cui ricostruire l’immagine tomografica; di conseguenza, il CMG ha un andamento molto complesso anche nel tempo (con frequenze caratteristiche dell’ordine dei chilohertz), che richiede una scelta adeguata sia per la strumentazione, sia per la procedura di elaborazione, al fine di eseguire una valutazione dell’esposizione corretta dal punto di vista radioprotezionistico. La catena di misura adottata per la misura del CMG e l’acquisizione dei segnali su cui applicare, in un secondo tempo, il metodo del picco ponderato, è illustrata in Figura 2. Essa comprende: 1.

una sonda di campo magnetico Narda ELT-400 (Narda Safety Test Solutions, Pfullingen, Germany) equipaggiata con un sensore isotropico triassiale da 100 cm2 e in grado di lavorare nell’intervallo di frequenze da 1 Hz a 400 kHz;

un sistema di acquisizione e digitalizzazione (DAQ) Agilent U2531A (Agilent Technologies, Santa Clara, CA 95051, USA);

comune

personal

computer

portatile

con

funzioni

immagazzinamento dei dati e controllo remoto; 4.

una procedura software originale, sviluppata in Labview 2009 (National Instruments Corporation, Austin, TX 78759, USA), che controlla l’intero sistema.

Fig. 2 – Schema della catena strumentale per la misura dei campi di gradiente

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La sonda ELT-400, impostata nella modalità denominata “Field Strength” (FS), mette a disposizione sulle uscite analogiche tre segnali di tensione istantaneamente proporzionali all’intensità delle tre componenti cartesiane del campo magnetico in cui è immerso il sensore. La risposta in frequenza è piatta a partire da un limite inferiore impostabile a scelta tra 1, 10 o 30 Hz, fino al limite superiore di 400 kHz. Il sistema di acquisizione (DAQ) Agilent U2531A è un dispositivo dotato di interfaccia USB 2.0 e di quattro ingressi analogici, che vengono digitalizzati in tempo reale con una risoluzione di 14 bit ed una velocità di campionamento sincrona massima di 2x106 campioni al secondo per canale. Tre degli ingressi del sistema di acquisizione sono collegati alle tre uscite analogiche dell’ELT-400. Quest’ultimo è collegato anche al personal computer mediante un’interfaccia RS-232. Lo stesso personal computer provvede, mediante l’interfaccia USB, a controllare il DAQ e a trasferire sulla propria memoria di massa i dati acquisiti. Tutte le funzioni svolte dal computer

controllo

sono

gestite

attraverso

un’applicazione

Labview

appositamente sviluppata. Le misure dei campi di gradiente sono state eseguite utilizzando una frequenza di campionamento di 50x103 campioni al secondo per canale e acquisendo segmenti temporali di 10÷20 s. La sonda ELT-400 è stata impostata in modalità FS, selezionando i valori più adeguati per la sensibilità e per la frequenza di taglio inferiore della banda passante (nella maggior parte dei casi, quest’ultima è stata regolata a 30 Hz per minimizzare il rumore). I campioni acquisiti, trasferiti sul personal computer, sono stati poi elaborati per ricavare gli indici radioprotezionistici WP cui si è fatto cenno sopra; a questo scopo si sono sviluppate procedure software in grado di svolgere tale compito operando nel dominio del tempo oppure nel dominio della frequenza. Per completezza, occorre dire che la sonda ELT-400 dispone, oltre che della citata modalità FS, anche di una modalità di funzionamento denominata “Shaped Time Domain” (STD), nella quale essa stessa è in grado di mostrare a display l’indice

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di picco ponderato, determinato autonomamente in hardware sulla base dei limiti normativi preimpostati dal fabbricante. Rispetto all’approccio – sicuramente comodo e rapido – basato su questa funzionalità della sonda, quello da noi adottato (campionamento, memorizzazione e successiva elaborazione fuori linea) ha il vantaggio di permettere di applicare qualsiasi metrica di valutazione oltre al picco ponderato e di riferirsi a qualsiasi sistema di valori limite si voglia considerare: una possibilità certamente preziosa in un contesto di ricerca e messa a punto metodologica.

Campo elettromagnetico a radiofrequenza In un sistema RM, il campo elettromagnetico a radiofrequenza è l’agente fisico meno rilevante dal punto di vista radioprotezionistico, perché i livelli di campo elettromagnetico

cui

potrebbe

essere

eventualmente

esposto

personale

risulterebbero in ogni caso molto bassi, grazie alla conformazione delle bobine utilizzate per generarli, che tende a confinare la presenza del CRF nella sola regione occupata dal paziente. Questo non significa, per altro, che l’accertamento dei livelli di esposizione al CRF sia privo di difficoltà: l’andamento temporale intrinsecamente impulsivo pone infatti problemi di misura che possono risultare non banali, sia che si utilizzino sonde a rivelazione diretta, sia che si operi con strumentazione a banda stretta.

Fig. 3 – Analizzatore Narda SRM-3000 e sonde unidirezionali di campo elettrico 3531/02 (sopra) e di campo magnetico 3551/01 (sotto)

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Per le misure che riporteremo nella sezione dedicata ai risultati, è stato utilizzato un analizzatore di spettro Narda SRM-3000 Selective Radiation Meter (100 kHz-3 GHz; Narda Safety Test Solutions, Pfullingen, Germany) equipaggiato con sonde di campo elettrico 3531/02 e di campo magnetico 3551/01, entrambe ad asse singolo e in grado di coprire la banda 100 kHz - 300 MHz (Figura 3).

Campo magnetico statico e movimento in esso La determinazione della distribuzione dell’intensità del campo magnetico statico nello spazio circostante un tomografo per RM non presenta particolari difficoltà e viene eseguita di norma in tutte le strutture che ospitano apparati di questo tipo; a questo scopo, si impiegano sensori commerciali il cui reperimento ed utilizzo non pongono problemi. Scopo delle misure è, in particolare, quello di individuare e segnalare (di solito con indicazioni sul pavimento) le aree soggette a limitazioni secondo la normativa nazionale, come le zone cosiddette “ad accesso controllato” (con intensità di campo superiore a 0.5 mT) e “di rispetto (o ad accesso limitato)” (con intensità compresa tra 0.1 e 0.5 mT). Gli aspetti relativi al movimento nel CMS presentano invece maggiori difficoltà per chi si occupa di radioprotezione, ma rivestono anche un interesse maggiore. A differenza di quanto avviene in un soggetto immobile, la traslazione in un campo non omogeneo o la rotazione di parti del corpo anche in campo omogeneo provocano l’induzione di tensioni e correnti nei tessuti dell’organismo esposto, a cui sono associati effetti ben noti (per quanto non ancora completamente chiariti), che hanno indotto l’ICNIRP a pubblicare una specifica linea guida in merito [7]. L’approccio che si è adottato per analizzare questa problematica consiste nel ricondurre il movimento nel campo statico alla misura di un campo magnetico “percepito” come variabile nel tempo (e indicato pertanto con la sigla pMFD, dall’inglese perceived Magnetic Flux Density) per mezzo di una sonda solidale con il corpo dell’individuo esposto. A questo fine, è stata utilizzata una sonda triassiale ad

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effetto Hall Metrolab THM-1176 (Metrolab Instruments SA, Geneva, Switzerland; Figura 4), che dispone di un intervallo di misura esteso da pochi microtesla fino a 20 T e di una banda passante da 0 a 1000 Hz. La sonda è stata fatta indossare da volontari che hanno mimato i movimenti tipici degli operatori sanitari, eseguendo “azioni” standardizzate corrispondenti alle attività più comunemente svolte nelle aree circostanti un tomografo RM (Figura 5).

Fig. 4 – Sonda di campo magnetostatico Metrolab THM-1176

Durante ogni azione la sonda era mantenuta in posizione fissa, rigidamente collegata alla testa del volontario (considerata sede dei principali organi bersaglio per gli effetti dei campi magnetici a bassissima frequenza) mediante un supporto appositamente realizzato sfruttando l’interno di un caschetto da ciclista (Figura 6). La sonda utilizzata è dotata di un proprio dispositivo di digitalizzazione con uscita su interfaccia USB, che ne consente il collegamento ad un personal computer portatile con funzioni di controllo e memorizzazione. Per la gestione delle misure si è utilizzato il software fornito in dotazione con la sonda, predisponendolo per la massima velocità di campionamento consentita, pari a 10 campioni al secondo per canale, ognuno dei quali a sua volta ricavato dalla media di 10 misurazioni. Anche in questo caso è stato utilizzato il metodo del picco ponderato per elaborare, sia nel dominio del tempo sia nel dominio della frequenza, le forme d’onda acquisite.

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Andreuccetti

Fig. 5 – Misura dell’induzione magnetica percepita (pMFD) in caso di movimento nel campo magnetostatico, nel corso dell’esecuzione di movimenti tipici per la preparazione di un esame RM

Fig. 6 – Dettaglio di una possibile modalità di posizionamento della sonda per la rilevazione del campo magnetico percepito (pMFD)

Alcuni risultati Si riportano alcuni dei risultati ottenuti con le campagne di misura condotte nell’ambito dei progetti di ricerca sopra citati, che hanno interessato le seguenti strutture sanitarie: 1.

H1) Ospedale San Giovanni Calibita Fatebenefratelli di Roma-Isola Tiberina, tomografo a corpo intero Philips Achieva Nova da 1.5 T utilizzato per gli esami clinici di routine.

H2) Fondazione Santa Lucia di Roma, tomografo per la sola testa Siemens Magnetom Allegra da 3 T usato principalmente per la ricerca sulla funzionalità del cervello.

H3) Ospedale Pediatrico Bambino Gesù di Palidoro (Roma), tomografo a corpo intero Philips Achieva da 1.5 T usato principalmente per esami di cardiologia pediatrica.

H4a/b) Ospedale Pediatrico Bambino Gesù di Roma-Gianicolo, tomografi a corpo intero Philips Achieva da 1.5 T (H4a) e Siemens Magnetom Skyra da 3 T (H4b).

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Il tomografo H3 si è rivelato particolarmente interessante per quanto riguarda l’esposizione degli operatori sanitari, poiché per alcuni esami cardiaci su bambini sedati è richiesta la presenza continua di un anestesista accanto al paziente. Questa sembra essere la sola circostanza in cui attualmente, in Italia, il personale sanitario resta all’interno della sala magnete durante un esame.

Campo magnetico di gradiente L’esposizione ai CMG è stata valutata nelle posizioni all’interno della sala magnete in cui è possibile che un operatore debba stazionare durante le procedure mediche, oppure in punti di test particolarmente significativi perché in grado di documentare la massima esposizione possibile al di fuori del bore.

Fig. 7 – Posizionamento della sonda per la misura dei CMG in una zona in cui è possibile la presenza di un operatore nel corso di un esame RM

Nel primo caso (Figura 7), i punti di misura utilizzati si trovavano 40÷50 cm dal piano frontale del tomografo e circa 70 cm dall’asse longitudinale del bore, a varie altezze dal pavimento (50÷170 cm); nel secondo caso, lo strumento veniva posizionato sul lettino di fronte all’apertura del bore, col centro del sensore a 20÷50 cm dal piano frontale del tomografo e 100÷110 cm dal pavimento.

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Le impostazioni del tomografo RM sono state scelte per ottenere una rappresentazione degli scenari espositivi peggiori. La Tabella 1 riporta una sintesi di alcune delle misure effettuate e dei risultati rilevati. Per la valutazione dell’esposizione, vengono forniti – quando disponibili – i valori degli indici WP riferiti sia alle linee guida ICNIRP del 2010 per i lavoratori (che sono alla base dei livelli di azione inferiori della direttiva europea 2013/35), sia alle linee guida del 1998 tanto per i lavoratori quanto per la popolazione (queste ultime corrispondenti alle indicazioni della raccomandazione europea 1999/519). Il confronto tra i due indici occupazionali permette di farsi un’idea dell’impatto dovuto all’aggiornamento della normativa. I valori superiori all’unità, che segnalano una non conformità ai limiti, sono stati evidenziati in rosso.

Tab. 1 – Riepilogo di alcune delle misure di CMG eseguite (*). Le coordinate del punto di misura sono, nell’ordine: la distanza dal piano frontale del tomografo, la distanza dall’asse longitudinale del bore, l’altezza dal pavimento (1) oppure dal piano del lettino (2)

Inoltre, in Figura 8 e Figura 9 sono illustrate le rappresentazioni nel dominio del tempo e della frequenza del segnale acquisito, relativo alla prima misura della Tabella 1: rispettivamente, un dettaglio della forma d’onda e l’analisi armonica della stessa (nella sua interezza), da cui risultano contributi spettrali concentrati intorno ai 1200 Hz, ma rilevabili anche sui 3600 Hz.

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Fig. 8 – Forma d’onda del CMG; tomografo H1, prima misura di Tabella 1, frammento di 50 ms intorno all’istante di massimo valore di picco

Fig. 9 – Spettro della componente cartesiana principale del CMG; tomografo H1, prima misura di Tabella 1

In generale, l’esposizione ai campi di gradiente dei tomografi esaminati è risultata in quasi tutti i casi conforme ai livelli di riferimento ICNIRP del 2010 per le esposizioni occupazionali. Numerosi superamenti emergono invece se si prendono in considerazioni i livelli di riferimento occupazionali delle linee guida del 1998. I valori riscontrati sono invece sempre largamente non conformi alle linee guida ICNIRP del 1998 per la popolazione. Valori particolarmente bassi sono stati rilevati per il tomografo H2, probabilmente in conseguenza delle piccole dimensioni dell’apparato.

Campo elettromagnetico a radiofrequenza Alle frequenze dei CRF utilizzati in risonanza magnetica (circa 63 MHz per un tomografo da 1.5 T, circa 126 MHz nel caso del 3 T), il campo elettromagnetico si trova in regime di campo vicino fino a qualche metro dalla sorgente; pertanto la valutazione radioprotezionistica deve accertare separatamente i livelli di campo elettrico e di campo magnetico.

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Fig. 10 – Misura della componente elettrica del CRF; tomografo H3, punto rappresentativo della posizione occupata da un anestesista che presta assistenza a un paziente sedato

Fig. 11 – Misura della componente magnetica del CRF; tomografo H3, punto rappresentativo della posizione occupata da un anestesista che presta assistenza a un paziente sedato

Lo strumento utilizzato permette di effettuare entrambe le rilevazioni, a condizione di utilizzare due sonde appropriate. Le sonde impiegate sono di tipo unidirezionale ed hanno richiesto pertanto di eseguire tre misure separate per ciascun agente fisico e per ciascun punto di misura, disponendo ogni volta la sonda secondo una delle direzioni del sistema di riferimento cartesiano adottato; lo strumento provvede automaticamente a ricavare il modulo della risultante. In figura 10 e 11 riportiamo le immagini relative ad una delle misure eseguite (con strumento in modalità max-hold) in un punto rappresentativo della posizione occupata dall’anestesista quando presta assistenza ad un paziente sedato, nel caso del tomografo H3. Questo punto si trova a 70 cm dal piano frontale del tomografo, 60 cm dall’asse longitudinale del bore e 125 cm dal pavimento. I valori massimi si verificano ovviamente in corrispondenza della frequenza di 63 MHz e devono essere confrontati con i livelli di riferimento ICNIRP-1998 a quella frequenza, che sono rispettivamente di (61 V/m, 160 mA/m) per i lavoratori e (28 V/m, 73 mA/m) per la popolazione. Come si vede, tutti questi valori limite risultano ampiamente rispettati.

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Movimento nel campo magnetostatico I dati che riportiamo si riferiscono alle campagne di misura eseguite intorno ai tomografi H3 (1.5 T) e H4b (3 T). Nel primo caso, sono stati reclutati due volontari, ai quali sono state fatte compiere 8 diverse azioni in tutto, pensate per simulare rispettivamente il comportamento di un operatore sanitario che prepara un paziente per l’esame (azioni A4÷A8) e quello di un anestesista che assiste un paziente sedato (azioni A1÷A3). Nel secondo caso, un unico volontario ha eseguito 11 diverse azioni (identificate con le sigle RA01÷RA04, RA06÷RA12), simulando il comportamento di un tecnico di radiologia, di un infermiere e di un anestesista impegnati a vario titolo in esami di RM. In tutti i casi, il volontario ha indossato il caschetto col sensore di campo, collegato al personal computer con un cavo USB sufficientemente lungo da lasciargli buona libertà di movimento. L’analisi armonica delle forme d’onda del pMFD acquisite (campionate, come si è detto, con una frequenza di 10 campioni al secondo per canale) ha mostrato che il contenuto spettrale dei segnali relativi alle azioni è sempre compreso entro i 2 Hz. Due esempi significativi di queste forme d’onda sono illustrati in figura 12 e 13.

Fig. 12 – Tomografo H3 (1.5 T), azione A3: l’anestesista entra nella sala magnete, si sposta dietro al tomografo, compie vari movimenti presso l’imboccatura posteriore del bore (indietreggia, si china varie volte, inserisce la testa all’interno del bore), quindi esce dalla sala magnete

Fig. 13 – Tomografo H4b (3 T), azione RA12: l’operatore entra nella sala magnete, si sposta dietro al tomografo, si avvicina all’imboccatura del bore, si volta ed esce compiendo il percorso inverso

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In Tabella 2 è riportata una sintesi dei risultati numerici relativi ad alcune delle misure di pMFD. L’esposizione è quantificata in termini di: 

massimo valore di picco dell’induzione magnetica (che, secondo le linee guida ICNIRP-2009 per il campo statico [5], non deve superare i 2 T per i lavoratori o i 400 mT per la popolazione);



massima variazione ΔB su ogni intervallo di 3 s (che deve risultare inferiore a 2 T, secondo le linee guida ICNIRP-2014 per il movimento nel campo statico [7], in modo da prevenire gli effetti di nausea e vertigini);



indici WP riferiti alle linee guida ICNIRP-1998 per i lavoratori e per la popolazione (pertinenti ai fini della prevenzione degli effetti di stimolazione nervosa, che possono verificarsi anche alle bassissime frequenze caratteristiche del pMFD).

Per l’indice WP si è fatto riferimento alle linee guida del 1998, anziché alle più recenti del 2010, perché queste ultime non indicano valori limite per frequenze inferiori ad 1 Hz, alle quali invece le forme d’onda del pMFD presentano i contributi spettrali più significativi. Questa lacuna è stata colmata dalla pubblicazione delle linee guida del 2014 che, oltre a fornire – come si è detto – limiti su ΔB per la prevenzione degli effetti di nausea e vertigini, si occupano anche della prevenzione degli effetti di stimolazione, prolungando al di sotto di 1 Hz i livelli di riferimento contenuti nelle linee guida del 2010. È attualmente in corso di validazione l’integrazione delle nuove linee guida ICNIRP-2014 nelle procedure di filtraggio numerico che utilizziamo per l’applicazione del metodo del picco ponderato all’esposizione dovuta al movimento nel campo magnetostatico.

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Tab. 2 – Riepilogo di alcune delle misure di pMFD eseguite

È interessante osservare come il rispetto dei limiti ICNIRP-2009 per i campi statici non sia di per sé una condizione sufficiente a garantire il rispetto dei livelli di riferimento ICNIRP-1998 per i campi percepiti come variabili nel tempo a causa del movimento, quando le forme d’onda vengono elaborate in base al metodo del picco ponderato. L’azione A3, che ovviamente costituisce un caso estremo (perché il volontario muove la testa proprio dentro il bore, per mimare una ispezione presso la testa del paziente), è stata inclusa perché illustra perfettamente questo aspetto. In tutte le altre azioni relative al tomografo da 1.5 T, l’esposizione è risultata sempre compatibile con i livelli di riferimento ICNIRP-1998 per i lavoratori, ma quasi mai con quelli per la popolazione. Tra le misure relative al tomografo da 3 T, sono invece presenti alcune violazioni anche delle linee guida occupazionali.

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Riepilogo È stata presentata una metodica per la valutazione dell’esposizione occupazionale ai campi elettromagnetici del personale sanitario addetto agli apparati diagnostici a risonanza magnetica; sono state approfondite, in particolare, le problematiche relative ai campi magnetici di gradiente e al movimento nel campo magnetico statico. La metodica fa uso di catene strumentali appositamente assemblate e si basa sul metodo del picco ponderato per l’elaborazione radioprotezionistica delle forme d’onda complesse che caratterizzano le tipologie di sorgenti coinvolte. Essa è stata applicata in situazioni reali nel corso di campagne di misura effettuate presso alcune strutture sanitarie nell’area romana. Come riferimenti normativi, si sono considerate la Direttiva Europea 2013/35 e le linee guida ICNIRP del 1998, del 2009 e del 2010 che ne costituiscono i principali fondamenti scientifici, rispettivamente per i campi ad alta frequenza, il campo magnetostatico e i campi a bassa frequenza. Sono state prese in considerazione, almeno in parte, anche le recenti linee guida ICNIRP del 2014 relative al movimento nel campo statico, sebbene queste per il momento non siano state recepite in alcun atto legislativo. Attraverso le linee guida ICNIRP del 1998, si è infine fatto riferimento anche alla Raccomandazione Europea 1999/519 per la protezione della popolazione. Dai risultati delle misure eseguite è emerso che l’esposizione ai campi di gradiente può violare non solo le linee guida 1998 per la popolazione ma, in molti casi, anche le corrispondenti linee guida occupazionali. Essa rispetta invece le meno restrittive linee guida del 2010 (e quindi le prescrizioni della direttiva 2013/35). L’esposizione dovuta al movimento nel campo statico è risultata conforme alle normative occupazionali in tutte le azioni simulate relative al tomografo da 1.5 T, salvo il caso limite in cui il soggetto esposto aveva introdotto e mosso la testa proprio dentro il bore. Si sono invece riscontrate alcune non conformità nel caso dell’apparato da 3 T. Frequenti sono risultate, per entrambi i tomografi, le violazioni

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delle linee guida per la popolazione. I dati riportati permettono di dimostrare chiaramente come il rispetto delle linee guida per l’esposizione al campo magnetostatico non sia sufficiente a garantire il rispetto dei limiti posti a tutela verso gli effetti di stimolazione nervosa che possono essere associati al movimento nel campo stesso.

Crediti e ringraziamenti Questa relazione è basata sull’attività portata congiuntamente avanti, nell’ambito di alcuni progetti di ricerca nazionali svoltisi nel periodo 2008-2014, dalle seguenti unità operative (le affiliazioni sono quelle del periodo in cui si è svolta la ricerca): ENEA – Unità Tecnica di Biologia delle Radiazioni e Salute dell’Uomo (Rossella Lodato, Vanni Lopresto, Giorgio Lovisolo, Sergio Mancini, Caterina Merla, Rosanna Pinto), IFAC-CNR (Daniele Andreuccetti, Nicola Zoppetti) e ISPESL/INAIL Dipartimento di Igiene del Lavoro – Laboratorio Radiazioni Non Ionizzanti (Vincenzo Brugaletta, Giancarlo Burriesci, Gian Marco Contessa, Rosaria Falsaperla, Paolo Rossi, Floriana Sacco). Un ringraziamento per l’ospitalità e la collaborazione va al personale delle strutture sanitarie coinvolte e in particolare a Luisa Begnozzi, Angela Coniglio e Stefania Teodoli dell’Ospedale San Giovanni Calibita Fatebenefratelli; a Andrea Cherubini e Umberto Sabatini della Fondazione Santa Lucia; a Vittorio Cannatà, Elisabetta Genovese, Marco Carnì e Marco Gargani dell’Ospedale Pediatrico Bambin Gesù.

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Bibliografia 1.

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Direttiva 2013/35/UE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 26 giugno 2013 sulle disposizioni minime di sicurezza e di salute relative all’esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti fisici (campi elettromagnetici). Gazzetta ufficiale dell’Unione europea L 179/1-21, 29.6.2013.

M. Capstick, M. McRobbie, J. Hand, A. Christ, S. Kuhn, K. Hansson et al., An investigation into occupational exposure to electromagnetic fields for personnel working with and around medical magnetic resonance imaging equipment. Report VT/2007/017. Brussels: European Commission, 2008.

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ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection), Guidelines on limits of exposure to static magnetic fields. Health Physics, Vol.96, N.4, April 2009, pp. 504514.

ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection), Guidelines for limiting exposure to time-varying electric and magnetic fields (1 Hz to 100 kHz). Health Physics, Vol.99, N.6, December 2010, pp. 818-836.

ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection), Guidelines for limiting exposure to electric fields induced by movement of the human body in a static magnetic field and by time‐ varying magnetic fields below 1 Hz. Health Physics, Vol.106, N.3, March 2014, pp. 418-425.

Raccomandazione 1999/519/CE del Consiglio europeo del 12 luglio 1999 relativa alla limitazione dell’esposizione della popolazione ai campi elettromagnetici da 0 Hz a 300 GHz. Gazzetta ufficiale delle Comunità europee L 199/59-70, 30.7.1999.

D. Andreuccetti, G.M. Contessa, R. Falsaperla, R. Lodato, R. Pinto, N. Zoppetti and P. Rossi, Weighted-peak assessment of occupational exposure due to MRI gradient fields and movements in a nonhomogeneous static magnetic field. Medical Physics 40, 011910 (2013); http://dx.doi.org/10.1118/1.4771933.

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