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Un po' di notizie sul SAR

rosanna

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SAR ( Specific Absorption Rate) Tasso di assorbimento specifico.

In un esperimento di Risonanza magnetica, quando eccitiamo un sistema biologico inserito all' interno di un campo magnetico statico attraverso l’invio di radio frequenze, nel ritorno all' equilibrio delle magnetizzazioni, la maggior parte della potenza della radio frequenza trasmessa si trasforma in calore che si distribuisce all’ interno dei tessuti del soggetto a seguito di perdite resistive, e una piccola parte si trasforma in segnale elettrico rilevabile, utile alla generazione del segnale RM.

E’ quindi logico pensare che possono verificarsi effetti biologici di varia natura connessi all’ esposizione a campi RF, principalmente legati agli aspetti termogenici di questi campi elettromagnetici.

La termoregolazione, e gli altri cambiamenti fisiologici che un essere umano mostra in risposta alla esposizione ai campi magnetici variabili a RF dipendono dalla quantità di energia che viene assorbita, e il termine dosimetrico utilizzato per descrivere questo tipo di assorbimento è “ Tasso di assorbimento specifico (SAR)” .

Il “ Tasso di assorbimento specifico (SAR)” ( acronimo di Specific Absorption Rate), esprime la misura della percentuale di energia elettromagnetica assorbita dal corpo umano quando questo viene esposto all’azione di un campo elettromagnetico a radiofrequenza (RF).

Più specificamente, il SAR è definito come la quantità di energia elettromagnetica che viene assorbita nell'unità di tempo da un elemento di massa unitaria di un sistema biologico, e la sua unità di misura è

J/s*Kg=W/kg (Watt su chilogrammo)

Questo parametro viene usato per misurare l'esposizione ai campi elettromagnetici con frequenza portante compresa tra 100 kHz e 10 GHz, ed è comunemente usato per misurare l’energia assorbita dal corpo umano sia durante una sessione di risonanza magnetica, che durante l’utilizzo dei telefoni cellulari. Il suo valore risente moltissimo della geometria della parte esposta alle onde elettromagnetiche a RF nonché dalla esatta collocazione e geometria della sorgente RF. Per questo motivo tutti i test vengono eseguiti considerando le specifiche condizioni operative.

Quando sottoponiamo un individuo ad una procedura di Risonanza Magnetica distinguiamo:

 Il SAR medio, che è la quantità totale di energia trasferita al corpo intero nell’unità di tempo, divisa per la massa totale del corpo;

 Il SAR specifico o locale, che è invece l’energia trasferita nell’unità di tempo ad un elemento infinitesimale di volume del corpo in uno specifico punto, diviso per la massa dell’elemento di volume.

In generale il SAR dipende da numerosi fattori:

 Fattori riguardanti il campo incidente ( intensità, frequenza, polarizzazione e configurazione del soggetto irradiato rispetto al campo magnetico variabile, condizioni del campo magnetico variabile);

 Caratteristiche del corpo esposto ( dimensioni, geometria interna ed esterna, proprietà dielettriche dei vari spessori di tessuto attraversati);

 Effetti di terra e di riflessione di altri oggetti presenti nel campo di irradiazione (superfici metalliche vicino o all’interno del corpo esposto).

Ovviamente, ad un minor livello di SAR corrisponde un minor riscaldamento dei tessuti ed un potenziale minor rischio per la salute del paziente.

In modo più specifico, il SAR che viene prodotto durante una procedura di Risonanza Magnetica dipende da molte variabili di tipo tecnico oltre che tecnologico, e le risposte termo-fisiologiche correlate al riscaldamento nelle procedure RM sono a loro volta condizionate da molteplici fattori : fisiologici, fisici e ambientali.

La U.S. Food and Drug Administration attualmente indica che le procedure RM che superano certi valori di SAR possono comportare rischi significativi per la salute del paziente.

Il principale fattore fisiologico riguarda la capacità di termoregolazione del paziente sottoposto ad indagine RM.

La termoregolazione è quel meccanismo che tende a mantenere costante la temperatura dell’organismo, e tale processo raggiunge il più alto grado di perfezione negli animali omeotermi (comunemente detti a sangue caldo) di cui fa parte anche il genere umano.

In questi individui il sistema di regolazione è involontario e si basa sull’ equilibrio di due fenomeni : la produzione e la dispersione di calore. Dato che le funzioni metaboliche cellulari possono cambiare molto al variare della temperatura e dell’umidità, gli individui eterotermi ( la cui temperatura del corpo varia al variare della temperatura dell’ambiente esterno) devono necessariamente avere condizioni ambientali di temperatura ed umidità favorevoli per poter usufruire di una corretta termoregolazione. Per questo motivo, quando si esegue un esame di RM, le condizioni ambientali della sala devono essere ottimali a prescindere.

Infatti le “Indicazioni operative dell’Inail per la gestione della sicurezza e della qualità in Risonanza Magnetica” edizione 2015 recitano testualmente e non a caso:

“In sala RM devono essere, inoltre, garantite condizioni microclimatiche tali da facilitare un’adeguata termoregolazione del paziente durante l’esecuzione dell’esame, necessaria per il benessere fisico dello stesso e per l’esecuzione di prestazioni diagnostiche che non espongano il paziente ad un livello di rischio superiore a quello previsto sulla base dei livelli ammissibili di SAR (Specific Absorption Rate.”

“È necessario, quindi, predisporre adeguati impianti di ventilazione e condizionamento per garantire che, nella condizione di normale esercizio, si abbia un’umidità relativa della sala 40%<UR<60% (si ricorda che l’aria molto secca facilita la formazione di cariche elettrostatiche) e una temperatura ambientale pari a 22±2°C. Deve essere garantito il monitoraggio in continuo dei parametri microclimatici della sala magnete”.

Il corpo umano scambia calore con l’ambiente circostante attraverso quattro principali meccanismi:

 Conduzione,

 Convezione,

 Irraggiamento,

 Evaporazione.

La conduzione è il passaggio di calore fra due corpi di temperatura diversa in contatto tra loro: ricordiamo che la bobina a radiofrequenza che posizioniamo a contatto con il paziente si riscalda. Isolare il paziente dalla bobina, per quanto possibile, con l’utilizzo di un lenzuolo di cotone, aiuta a minimizzare il riscaldamento locale che si verifica per conduzione.

Per convezione, invece si intende il passaggio di calore fra il corpo e un fluido che si muove intorno ad esso, che può essere aria o acqua in movimento. Questo avviene ad es.. quando siamo esposti al vento o ci si immerge in acqua fresca mossa da correnti. Il trasferimento del calore in questo modo viene accelerato dal movimento macroscopico del fluido, a differenza del primo caso dove non ci sono movimenti macroscopici tra le parti in gioco. E’ evidente che quando eseguiamo un esame di risonanza magnetica non possiamo utilizzare l’acqua per rinfrescare il paziente, ma possiamo e dobbiamo azionare la ventilazione all’interno del magnete, che aiuterà più velocemente la dissipazione del calore.

Il principio dell’irraggiamento si basa sul fatto che tutti i corpi con temperatura superiore allo zero assoluto sono formati da molecole in costante stato di agitazione. Questo determina l’emissione di calore sotto forma di onde elettromagnetiche. Gli organismi viventi ricevono calore per irraggiamento principalmente dal sole, ma anche da altri corpi caldi che li circondano. Allo stesso modo l’energia acquisita può essere rimessa nell’ambiente con le stesse modalità. Le precauzioni adottate nei due precedenti casi sono valide anche con questa terza possibilità.

L’evaporazione consiste nel passaggio di una sostanza dallo stato liquido allo stato gassoso. Nel momento in cui avviene il fenomeno, l’acqua che abbandona la fase liquida per passare a quella gassosa ha bisogno di energia, che preleva dall’ambiente circostante, raffreddando ad es.. la zona di pelle su cui si trova. Ricordiamo però che l’umidità relativa dell’aria, se troppo elevata, influisce sulle perdite per evaporazione da traspirazione e sull’umidità ceduta attraverso la respirazione, ostacolandole. Per questo motivo l’umidità relativa in sala magnete deve essere compresa in un range che va dal 40 al 60%.

Va ricordato anche che diverse condizioni di salute possono influenzare le capacità di un individuo di dissipare il calore accumulato tra cui:

 Le malattie cardio-vascolari,

 L’ipertensione,

 Il diabete,

 La febbre,

 L’avanzato stato di età,

 L’obesità.

Inoltre i farmaci, inclusi i diuretici, beta-bloccanti, calcio, anfetamine e sedativi, possono alterare le risposte di termoregolazione in relazione ad un carico termico.

Alcuni farmaci poi entrano in sinergia con i campi elettromagnetici e amplificano il riscaldamento dei tessuti.

Pertanto, se gli effetti di termoregolazione non sono in grado di dissipare totalmente il carico termico, per motivi di varia natura, si verifica un accumulo o stoccaggio di calore “hot spot”, associato ad un innalzamento della temperatura dei tessuti in genere localmente, ma anche in ambito generalizzato, che può portare a ustioni e lesioni dei tessuti interni.

I punti caldi possono essere causati da campi magnetici non uniformi, per riflessione e rifrazione dei campi RF/ MW all’interno dei tessuti ( MW micro onde) , o dall’interazione dei campi magnetici con impianti metallici inseriti nell’organismo. Il rischio più elevato si verifica in quegli organi che hanno uno scarso controllo della temperatura, quali : cristallino e testicoli.

Per la valutazione della risposta termica reale durante una procedura di risonanza magnetica, è stato necessario effettuare diversi esperimenti su volontari sani, durante i quali è stato effettuato un monitoraggio continuo delle condizioni fisiche e fisiologiche dei soggetti, prima, durante e dopo la procedura di risonanza magnetica. Principalmente sono stati individuati alcuni parametri fisiologici che hanno mostrato una significativa risposta al carico termico, come la misurazione della temperatura della membrana timpanica e della pelle, la frequenza cardiaca, la saturazione dell’ossigeno, la pressione arteriosa, la frequenza respiratoria e il flusso sanguigno cutaneo. Tutte queste sono state ritenute importanti variabili fisiologiche che possono subire alterazioni in risposta ad un carico termico.

Dagli studi effettuati sulle risposte termiche umane rispetto al riscaldamento indotto sui tessuti dai campi magnetici a RF durante le procedure di RM, nei quali sono stati esposti volontari sani ad un SAR medio relativamente alto ( SAR medio 4.0 W/Kg), primo fra tutti quello condotto da Schaefer et al., e successivamente da Shellok et al., non vi sono aumenti di temperatura eccessivi o altre conseguenze fisiologiche deleterie derivanti dall’esposizione ad energie RF su soggetti sani con una normale funzione di termoregolazione, per SAR medio fino a 6.0 W/Kg. Una tendenza statisticamente significativa c’è per aumenti che si verificano nella temperatura della pelle (SAR specifico), ma senza gravi conseguenze fisiologiche sempre nei pazienti sani. Le indagini sono state eseguite con temperature ambientali di 22°C e di 33°C.

Una descrizione più dettagliata si può trovare agli indirizzi :

http://www.mrisafety.com/SafetyInfov.asp?SafetyInfoID=251

https://biomedical-engineering-online.biomedcentral.com/articles/10.1186/1475-925X-3-11

Segue..... :D


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2 Commenti


Perdonami Rosanna ma non mi è ben chiaro:

parliamo di energia assorbita dal corpo o di energia erogata dal sistema?

Per analogia con le radiazioni ionizzanti sono due cose ben distinte, e mi sembra più logico che l'apparecchiatura conosca l'energia che eroga più che quella assorbita dal paziente ma nel testo leggo entrambe le diciture.

Mi riferisco in particolare a :

""Il “ Tasso di assorbimento specifico (SAR)” ( acronimo di Specific Absorption Rate), esprime la misura della percentuale di energia elettromagnetica assorbita dal corpo umano quando ... ""

Ciao e grazie

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Si è proprio quello che ho detto. Il sistema conosce l'energia erogata, il peso e l'altezza del paziente e la regione anatomica in studio. Non mi chiedere come fa a fare i calcoli in modo preciso che non lo so con precisione, ma la formula Watt/KG dovrebbe comunque essere esplicativa. Parliamo proprio di percentuale di energia assorbita dal corpo umano in relazione all'esposizione a radiofrequenze. Scusa la risposta tardiva ma rientro oggi dalle ferie. Ciao

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