Samantha Versteeg
MBB’er Alrijne Ziekenhuis, Leiden
Thom Roding MSc.
Teamleider MBRT/post-HBO en masteropleidingen Paramedisch cluster en lid kenniskring Medische Technologie, Hogeschool Inholland Contactgegevens: sversteeg@alrijne.nl Geaccepteerd op op 22-2-2016
Samenvatting
Tijdens een afstudeeronderzoek is onderzoek gedaan naar MRI-compatible pacemakers via literatuuronderzoek en inter-views. Uit het onderzoek blijft dat er een tweetal aspecten zijn waar men rekening mee dient te houden bij een MRI-compatible pacemaker. Het eerste aspect heeft betrekking op de scanpara-meters. De belangrijkste hiervan zijn de SAR en de Gradiënt Slew Rate. De fabrikanten hebben voor elk type pacemakersysteem en leads een maximale SAR en Gradiënt Slew Rate opgesteld. Het tweede aspect heeft betrekking op de bewaking van de patiënt tijdens het MRI-onderzoek. Voorafgaand aan het onderzoek moet de pacemaker in de ‘MRI-stand’ worden gezet. Daarnaast dient de patiënt tijdens het MRI-onderzoek ten alle tijden bewaakt te wor-den door middel van een MRI-compatible ECG en saturatiemeter.
Inleiding
In de huidige tijd van de medische beeldvorming is de MRI van grote diagnostische waarde. Het geeft aanvullende informatie op een röntgenopname en is in tegenstelling tot een CT-scan niet-stra-lings-belastend voor de patiënt. Dit zorgt ervoor dat een MRI-on-derzoek veelvoudig wordt aangevraagd door medisch specialisten. Echter, er zijn altijd patiëntengroepen die door verschillende con-tra-indicaties geen MRI-onderzoek kunnen ondergaan. Eén van deze groepen zijn patiënten met een pacemaker. Voor deze patiënten zijn MRI-compatible pacemakers ontwikkeld. Met deze pacemaker kan de patiënt wel een MRI-onderzoek ondergaan. Voordat de patiënt met een MRI-compatible pacemaker een MRI-onderzoek kan onder-gaan, dient met een aantal voorwaarden rekening te worden gehou-den om de veiligheid van patiënt en pacemaker te waarborgen. In dit artikel zal kort worden toegelicht welke effecten bij de pace-maker en de patiënt met de pacepace-maker kunnen optreden wanneer
deze zich in de nabijheid van de MRI bevindt en welke aanpassin-gen zijn gedaan om deze MRI-compatible te maken. Daarnaast zullen de voorwaarden worden toegelicht waaraan voldaan moet worden voordat de patiënt met de MRI-compatible pacemaker op een veilige manier een MRI-onderzoek kan ondergaan. Dit artikel is geschreven naar aanleiding van mijn eindscriptie van de duale MBRT-opleiding. Deze scriptie is voortgekomen uit literatuuronder-zoek en interviews met verschillende deskundigen op het gebied van MRI-compatible pacemakers.
Pacemaker
Een pacemaker wordt in de meeste gevallen geïmplanteerd bij patiënten met bepaalde hartritmestoornissen. De pacemaker zorgt ervoor dat het hart in het juiste ritme blijft pompen. Dit doet hij door signalen van het hart te detecteren (sensing) en indien nodig op voorgeprogrammeerde momenten te stimuleren (pacing) door
middel van stroomstootjes1. Hierbij bestaat de pacemaker grofweg
uit twee onderdelen. De generator en de leads. De generator wordt bij de patiënt onder de musculus pectoralis geplaatst met hieraan verbonden de leads van de pacemaker. De leads worden via de vena subclavia geplaatst in het hart. De eerst lead ligt in de rechter ventrikel en de tweede lead ligt in het rechter atrium. In sommige gevallen kan gekozen worden voor drie leads. De derde lead wordt hierbij in het linker ventrikel geplaatst2.
Pacemaker in combinatie met MRI
Het is belangrijk om te weten welke effecten de MRI kan hebben op een pacemaker en de patiënt met een pacemaker. Een patiënt met een pacemaker heeft 50-75% kans dat hij een MRI-onderzoek
moet ondergaan in de periode dat hij een pacemaker heeft3.
De pacemaker is opgebouwd uit verschillende chips. Deze zijn van ferromagnetisch materiaal gemaakt. Als zij in het statische magneetveld van de MRI komen, kunnen zij beschadigd raken en hiermee de functie van de pacemaker aantasten. Door de ferro-magnetische materialen in de pacemaker kan deze ook ‘verplaatst’ worden in de patiënt. Er ontstaat een kracht op de pacemaker waar-bij de patiënt het gevoel krijgt dat de pacemaker gaat trekken 2,4,5.
Elke pacemaker heeft de zogeheten reed switch. Deze schakelaar wordt door de pacemakertechnicus gebruikt om de pacemake-rinstellingen uit te lezen en/of aan te passen. Als de schakelaar gesloten is, kan de technicus de pacemaker uitlezen. In het statisch magneetveld van de MRI kan de stand van de schakelaar onbedoeld veranderd worden. Als de schakelaar gesloten is, zal de pacemaker niet detecteren en gaan stimuleren volgens een standaard ritme. Dit kan ernstige hartritmestoornissen tot gevolg hebben. Als de schakelaar open is gezet, kan de pacemaker het
gradiëntveld van de MRI zien als een elektrisch signaal van het hart. De pacemaker zal dan niet meer stimuleren. Als de patiënt
pacemakerafhankelijk is, kan dit fatale gevolgen hebben2,3,6.
Daarnaast kan een reset van de pacemaker plaatsvinden als deze in contact komt met het statisch magneetveld. De ingestelde parameters van de patiënt veranderen en de pacemaker gaat terug naar de fabrieksinstellingen. De reset kan ook worden getriggerd
als het magneetveld de batterij in de generator uitput6.
Tijdens het MRI-onderzoek wordt gebruik gemaakt van gradiënt-velden. Magnetische gradiënt velden en radiofrequent velden kunnen zorgen voor een elektrische spanning in de leads. Als deze spanningen hoog genoeg zijn, kan dit ervoor zorgen dat het hart gestimuleerd wordt. Dit kan leiden tot ernstige tachycardie. In het geval van een gradiëntveld kan de spanning zorgen voor over- en undersensing van de pacemaker. Bij undersensing is de sensitiviteit van de pacemaker te laag. Hierbij worden de hartsignalen geheel of gedeeltelijk niet meer waargenomen, waardoor de pacemaker onterecht gaat stimuleren. Bij oversensing is de sensitiviteit van de pacemaker te hoog. Hierbij ziet de pacemaker andere signalen als
hartsignalen waardoor hij blokkeert en niet meer zal stimuleren. De spanning die ontstaat in het radiofrequent veld kan ook zorgen voor oversensing2,3,5,6.
De radiofrequente energie geproduceerd door de MRI veroor-zaakt hitte en elektrische stromen. De verhitting kan zorgen voor weefselschade en de elektrische stromen kunnen zorgen voor cardiale stimulatie. Deze stimulatie kan er tevens voor zorgen dat de elektrische pulsen van de pacemaker niet meer goed doorko-men. De verhitting van de leads kan leiden tot weefselschade in het hart. Op de plek van de tip van de lead kan littekenweefsel of oedeem gevormd worden. Er moet worden opgemerkt dat niet alleen de leads die verbonden zijn aan de pacemaker verhit kun-nen worden. Sommige patiënten hebben losliggende leads die in het verleden geplaatst zijn. Deze liggen niet meer in het hart, maar kunnen wel degelijk verhit worden en mogelijk tot schade leiden in het omliggende weefsel. Als laatste kan de radiofre-quente energie ook zorgen voor een reset in de pacemaker en het leegraken van de batterij2,3,5,7.
Tabel 1: Effecten magneetvelden op het pacemakersysteem2-6.
Effect Magneetveld (mogelijke) gevolgen
Aantasting chips in de pacemaker Statisch Defecte pacemaker
Verplaatsing pacemaker Statisch Pijnklachten bij patiënt
Omzetting reed switch Statisch Blokkade in pacen
Onterecht pacen
Reset in de pacemaker Statisch Hartritmestoornis bij patiënt
Elektrische stroom in leads Gradiënt Ongewenste hartstimulatie
Oversensing door spanning in leads Gradiënt Blokkade in pacen
Undersensing door spanning in leads Gradiënt Onterecht pacen
Oversensing door spanning in leads Radiofrequent Blokkade in pacen
Verhitting van de leads Radiofrequent Schade omliggende weefsel
Elektrische stroom in leads Radiofrequent Ongewenste hartstimulatie
Reset in de pacemaker Radiofrequent Hartritmestoornis bij patiënt
MRI-compatible pacemaker
Zoals eerder vermeld zijn er heel wat complicaties die kunnen optreden bij het uitvoeren van een MRI-onderzoek bij patiënten met een pacemaker. Omdat de MRI steeds vaker gebruikt wordt, hebben fabrikanten pacemakersystemen ontwikkeld die minder risico’s met zich meebrengen. De zogeheten “MRI-compatible pacemaker”.
De aanpassingen die zijn gemaakt in de leads hebben als doel het verminderen van het ontstaan van verhitting en het opwekken van elektrische stromen. Het draadpatroon van de gloeidraden in het binnenste van de leads is veranderd. Op deze wijze kan de radio- frequent stroom slechter worden geleid. Daarnaast is de tip van
De hoeveelheid ferromagnetische materialen in de pacemaker dient zo laag mogelijk te zijn om de ferromagnetische krachten te verminderen. Dit is bereikt door deze materialen te vervangen door niet-ferromagnetische materialen. Belangrijk hierbij is dat de functie behouden blijft5.
Het interne circuit van de pacemaker zorgt voor de functie en de energievoorraad. Hierbij is het belangrijk dat de batterij extra wordt beschermd zodat het magneetveld deze niet uitput. Er wordt een speciaal filter ingebouwd dat ervoor zorgt dat geen energie wordt overgebracht. Er ontstaan dan geen elektrische stro-men. Dit zorgt ervoor dat het interne circuit en de energievoorraad niet beschadigen. Daarnaast is de generator nog extra beschermd
om de overdracht van de elektrische stromen te verminderen5,6.
Tot slot is de reed switch vervangen door een Hall-sensor. De
Hall-sensor wordt niet beïnvloed door het statisch magneetveld6.
MRI-stand
Voordat de patiënt het MRI-onderzoek mag ondergaan met het MRI-compatible systeem dient de pacemaker in de “MRI-stand” te worden gezet met behulp van de Hall-sensor. Deze stand zorgt ervoor dat de eerdergenoemde effecten van over- en undersen-sing niet plaatsvinden waardoor geen ritmestoornissen kunnen ontstaan. De pacemaker wordt hierbij in één van de twee modi gezet, asynchroon of non-stimulation. Bij de asynchrone modus wordt de pacemaker als het ware ‘uitgeschakeld’. Hij kan hierbij niet meer detecteren en gaat stimuleren volgens een vast ritme. Bij de non-stimulation modus wordt niet gestimuleerd. Deze modus wordt vaak gebruikt bij patiënten die pacemakeronafhankelijk zijn. Na afloop van de scan wordt de pacemaker uit de MRI-stand gehaald en
worden de patiëntspecifieke instellingen weer geprogrammeerd2,5.
Tijdens het scannen dienen patiënten met een MRI-compatible pacemaker ten alle tijd bewaakt te worden. Hierbij wordt er gebruikt gemaakt van een saturatiemeter en een ECG. Met name het ECG is van groot belang, omdat hier eventueel ontstane hartritmestoornissen tijdens de MRI-scan kunnen worden geme-ten. De bewakingsapparatuur dient uiteraard MRI-compatible te zijn om veilig te worden gebruikt in de MRI-ruimte.
Scanvoorwaarden
De MRI-compatible pacemaker is dusdanig ontworpen dat hij geschikt is voor de magneetvelden van de MRI-scanner zonder nadelige effecten. Naast dit specifiek ontworpen systeem dient men ook specifieke scanvoorwaarden aan te houden om de veiligheid van de patiënt te waarborgen. De belangrijkste zijn
de SAR (Specific Absorption Rate) en Gradiënt Slew Rate. De SAR is een variabele die afhankelijk is van ingestelde acquisi-tieparameters. Het is een dosimetrische term die gebruikt wordt om de hoeveelheid geabsorbeerde radiofrequente energie in de patiënt te meten. Deze wordt gemeten in de eenheid Watt per kilogram (W/kg). De SAR beschrijft de verhitting van het weefsel
door opgenomen radiofrequente energie8. De Gradiënt Slew Rate
is een acquisitieparameter die de snelheid aangeeft waarmee
een gradiënt van 0 naar zijn maximale amplitude gaat5.
Wat de maximale SAR en Gradiënt Slew Rate mogen zijn, varieert per pacemakerfabrikant en in sommige gevallen per type pace-maker. Het is dan ook belangrijk om precies uit te zoeken welk type pacemakersysteem en welke leads de patiënt geïmplanteerd heeft gekregen. In tabel 2 staat een voorbeeld met de voorwaar-den beschreven waaraan men moet voldoen voor dat specifieke pacemakersysteem.
Tabel 2: Voorbeeld scanvoorwaarden MRI-compatible pacemaker. Deze voorwaarden zijn opgesteld door een firma van MRI-compati-ble pacemakers en hebben betrekking op een 1,5 Tesla MRI-scanner.
Scanvoorwaarden MRI-compatible pacemaker
Maximale Gradiënt Slew Rate <200 T/m/s
Maximale SAR Whole Body <2,0 W/kg
Head <3,2 W/kg
Tijd na implantatie >6 weken
Locatie implantatie Onder de musculus pectoralis.
Exclusiezones Géén exclusiezones. Hele
lichaam kan gescand worden. Gesloten bor
Géén lokale transmit-only of trans-mist-receive spoelen direct boven het pacemakersysteem.
Naast de SAR en Gradiënt Slew Rate zijn er nog een aantal aspec-ten waar men rekening mee dient te houden als een patiënt met een MRI-compatible pacemaker voor een MRI-onderzoek komt. Deze aspecten zijn echter verschillend per fabrikant en in sommige gevallen ook verschillend per type model pacemaker of leads. Een aantal voorbeelden; sommige pacemakersystemen mogen niet worden gebruikt in combinatie met transmit-only of transmit-receive MRI spoelen. Men dient dus op de hoogte te zijn van de typen gebruikte spoelen en of deze in combinatie met het pacemakersysteem van de patiënt kunnen worden gebruikt. Daarnaast mogen sommige pacemakersystemen alleen worden
gescand als de patiënt in rugligging is. Er zijn ook systemen waar een tijdslimiet op zit hoelang de patiënt achtereen gescand mag worden of in de MRI-ruimte aanwezig mag zijn.
Tot slot zijn er nog een aantal systemen met zogeheten exclusiezo-nes. Dit gebied van de patiënt bevat de pacemaker en mag niet in het scangebied van de MRI komen. Afhankelijk van het type pace-maker kan een exclusiezone zijn bepaald of kan het hele lichaam van de patiënt veilig worden gescand.
Naast de eerdergenoemde scanvoorwaarden van de MRI zijn er nog een aantal veiligheidsvoorschriften die men in acht moet nemen als een patiënt met een MRI-compatible pacemaker voor een MRI-onderzoek komt. De patiënt dient ten alle tijden bewaakt te worden tijdens het gehele MRI-onderzoek. Dit gebeurt door middel van een pulsoxymeter en ECG. Daarnaast dient de pace-maker langer dan zes weken geleden te zijn geïmplanteerd onder de musculus pectoralis. De leads zitten dan voldoende vast in het hart. Sommige patiënten hebben nog oude losliggende leads in het lichaam. Ook deze dienen MRI-compatible te zijn om de veilig-heid te waarborgen.
Voor de meeste fabrikanten geldt dat de voorwaarden van toepas-sing zijn bij MRI-scanners met een magneetsterkte van 1,5 Tesla.
Conclusie
Er zijn een tweetal aspecten waar men rekening mee dient te houden om de veiligheid te waarborgen bij patiënten met een MRI-compatible pacemaker, die een MRI-onderzoek dienen te ondergaan. Het eerste aspect heeft betrekking op de scanpara-meters. Er zijn een aantal effecten die kunnen optreden als een patiënt met een pacemaker een MRI-onderzoek ondergaat. Het MRI-compatible systeem heeft deze effecten zo goed als uitgeslo-ten. Er blijft echter een risico aanwezig. Om deze reden hebben de fabrikanten van de pacemakers scanparameters opgesteld. De belangrijkste hiervan zijn de SAR en de Gradiënt Slew Rate. De fabrikanten hebben voor elk type pacemakersysteem en leads een maximale SAR en Gradiënt Slew Rate opgesteld. Om de veiligheid van de patiënt te waarborgen dienen deze niet te worden over-schreden.
De MRI-compatible pacemaker van de patiënt wordt tijdens het MRI-onderzoek in de MRI-stand gezet. Dit heeft betrekking op het tweede aspect; de bewaking van de patiënt tijdens het MRI-on-derzoek. Als de MRI-compatible pacemaker in de MRI-stand wordt
gezet, kan er worden gekozen voor een asynchrone modus of non-stimulation modus. Bij de asynchrone modus zal er volgens een vast ritme gestimuleerd worden. Bij de non-stimulation modus zal geen stimulatie plaatsvinden. De patiënten zijn in verschillende mate afhankelijk van de pacemaker. Tijdens het onderzoek kan de patiënt een hartritmestoornis krijgen waarbij de pacemaker niet kan reageren. Om die reden is het belangrijk dat de patiënt door middel van een MRI-compatible ECG en saturatiemeter bewaakt dient te worden en dat de betrokken MBB’ers geschoold zijn in het aflezen van de apparatuur.
De fabrikanten zijn continue bezig om hun producten te verbe-teren. Om die reden kunnen de genoemde scanvoorwaarden en met name de maximale SAR en Gradiënt Slew Rate veranderen. Het belangrijkste is om goed uit te zoeken welk type pacemaker-systeem en leads de patiënt heeft. Op deze manier kan er gericht worden gekeken aan welke aspecten moet worden voldaan om de patiënt veilig een MRI-onderzoek te laten ondergaan.
Literatuur
1. Hartstichting. (2016). Pacemaker. Behandeling hartziekten. (2015) Beschikbaar via; https://www.hartstichting.nl/behandelingen/ pacemaker Geraadpleegd; 12 januari 2016
2 van der Sman, Y. Pacemaker begrijpelijk. Voor de dagelijkse prak-tijk van gespecialiseerde verpleegkundigen en arts-assistenten. Coridaal; 2013. 84 pagina’s. In eigen beheer.
3 Kalin, R., & Stanton, M. Current clinical issues for MRI scanning of pacemaker and defibrillator patiënts. Pacing and Clinical Electrop-hysiology; 2005. 28 (4). Pagina’s 326-328.
4 Martin, E., & Sandler, D. MRI in patiënts with cardiac devices. Current Cardiology Reports; 2007.
9 (1). Pagina’s 63-71.
5. Ferreira, A., Costa, F., Tralhao, A., Marques, H., Cardim, N., & Adra-gao, P. MRI-conditional pacemakers: current perspectives. Med Devices; 2014. 7. Pagina’s 115-124.
6. Wilkoff, B., Bello, D., Taborsky, M., Vymazal, J., Kanal, E., Heuer, H., et al. Magnetic resonance imaging in patiënts with a pacemaker system designed for the magnetic resonance environment. Heart Rhythm; 2010. 8 (1). Pagina’s 65-73.
7. Luechinger, R., Zeijlemaker, V., Morre Pedersen, E., Mortensen, P., Falk, E., Duru, F., et al. In vivo heating of pacemaker leads during magnetic resonance imaging. European Heart Journal; 2005. 26 (4). Pagina’s 376-383.
8. Westbrook, C., Kaut Roth, C., & Talbot, J. MRI in practice. Blackwell Publishing; 2011. 4. 99 pagina’s.
