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

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 (F_max ≤ 560 mN) und Temperaturentwicklung (ΔT_max ≤ 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 (F_max ≤ 560 mN) and temperature increase (ΔT_max ≤ 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.

Magnetic resonance imaging - cardiac pacemakers - metal implants

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