Occupational exposure to electromagnetic fields in magnetic resonance environment: an update on regulation, exposure assessment techniques, health risk evaluation, and surveillance

Magnetic resonance imaging (MRI) is one of the most-used diagnostic imaging methods worldwide. There are ∼50,000 MRI scanners worldwide each of which involves a minimum of five workers from different disciplines who spend their working days around MRI scanners. This review analyzes the state of the art of literature about the several aspects of the occupational exposure to electromagnetic fields (EMF) in MRI: regulations, literature studies on biological effects, and health surveillance are addressed here in detail, along with a summary of the main approaches for exposure assessment. The original research papers published from 2013 to 2021 in international peer-reviewed journals, in the English language, are analyzed, together with documents published by legislative bodies. The key points for each topic are identified and described together with useful tips for precise safeguarding of MRI operators, in terms of exposure assessment, studies on biological effects, and health surveillance. Graphical abstract: [Figure not available: see fulltext.

Should patients with brain implants undergo MRI?

Patients suffering from neuronal degenerative diseases are increasingly being equipped with neural implants to treat symptoms or restore functions and increase their quality of life. Magnetic resonance imaging (MRI) would be the modality of choice for diagnosis and compulsory post-operative monitoring of such patients. However, interactions between the MR environment and implants pose severe health risks to the patient. Nevertheless, neural implant recipients regularly underwent MRI examinations, and adverse events were reported rarely. This should not imply that the procedures are safe. More than 300.000 cochlear implant recipients are excluded from MRI unless the indication outweighs excruciating pain. For 75.000 DBS recipients quite the opposite holds: MRI is considered essential part of the implantation procedure and some medical centres deliberately exceed safety regulations which they referred to as crucially impractical. MRI related permanent neurological dysfunctions in DBS recipients have occurred in the past when manufacturer recommendations were exceeded. Within the last decades extensive effort has been invested to identify, characterise, and quantify the occurring interactions. Today we are far from a satisfying solution to achieve a safe and beneficial MR procedure for all implant recipients. To contribute, we intend to raise awareness of a growing concern and want to summon the community to stop absurdities and instead improve the situation for the increasing number of patients. Therefore, we review implant safety in the MRI literature from an engineering point of view, with a focus on cochlear and DBS implants as success stories in clinical practice. We briefly explain fundamental phenomena which can lead to patient harm, and point out breakthroughs and errors made. We end with conclusions and strategies to avoid future implants from being contraindicated to MR examinations. We believe that implant recipients should enter MRI, but before doing so, we should make sure that the procedure is reasonable

Novel cardiovascular magnetic resonance phenotyping of the myocardium

INTRODUCTION Left ventricular (LV) microstructure is unique, composed of a winding helical pattern of myocytes and rotating aggregations of myocytes called sheetlets. Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is a cardiovascular disease characterised by left ventricular hypertrophy (LVH), however the link between LVH and underlying microstructural aberration is poorly understood. In vivo cardiovascular diffusion tensor imaging (cDTI) is a novel cardiovascular MRI (CMR) technique, capable of characterising LV microstructural dynamics non-invasively. In vivo cDTI may therefore improve our understanding microstructural-functional relationships in health and disease. METHODS AND RESULTS The monopolar diffusion weighted stimulated echo acquisition mode (DW-STEAM) sequence was evaluated for in vivo cDTI acquisitions at 3Tesla, in healthy volunteers (HV), patients with hypertensive LVH, and HCM patients. Results were contextualised in relation to extensively explored technical limitations. cDTI parameters demonstrated good intra-centre reproducibility in HCM, and good inter-centre reproducibility in HV. In all subjects, cDTI was able to depict the winding helical pattern of myocyte orientation known from histology, and the transmural rate of change in myocyte orientation was dependent on LV size and thickness. In HV, comparison of cDTI parameters between systole and diastole revealed an increase in transmural gradient, combined with a significant re-orientation of sheetlet angle. In contrast, in HCM, myocyte gradient increased between phases, however sheetlet angulation retained a systolic-like orientation in both phases. Combined analysis with hypertensive patients revealed a proportional decrease in sheetlet mobility with increasing LVH. CONCLUSION In vivo DW-STEAM cDTI can characterise LV microstructural dynamics non-invasively. The transmural rate of change in myocyte angulation is dependent on LV size and wall thickness, however inter phase changes in myocyte orientation are unaffected by LVH. In contrast, sheetlet dynamics demonstrate increasing dysfunction, in proportion to the degree of LVH. Resolving technical limitations is key to advancing this technique, and improving the understanding of the role of microstructural abnormalities in cardiovascular disease expression.Open Acces

Advanced interfaces for biomedical engineering applications in high- and low field NMR/MRI

Das zentrale Thema dieser Dissertation ist die Magnetresonanz(MR)-Sicherheit und MR-Kompatibilität von Bauelementen. Der Öffentlichkeit bekannt ist diese Thematik im Zusammenhang mit kommerziellen Implantaten. Die Gefahren, die sich aus den Wechselwirkungen zwischen dem MR-Tomografen (MRT) und dem Implantat ergeben, hindern viele Patienten daran, eine Untersuchung mittels MRT durchführen zu lassen. MR-Kompatibilität spielt jedoch nicht nur beim Design und der Kennzeichnung von Implantaten eine wichtige Rolle, sondern auch bei der Entwicklung von Bauelementen für die MR-Hardware. Beide Themen, Implantatinteraktionen und Hardware-Design, bilden fundamentale Aspekte dieser Arbeit. Der erste Teil befasst sich mit MRT-Wechselwirkungen von Implantaten. Die Ergebnisse einer umfangreichen Literaturrecherche zeigen, dass dringend belastbare Daten benötigt werden, um die durch MRT ausgelösten Schwingungen von Implantaten besser verstehen zu können. Dies gilt insbesondere für Vibrationen in viskoelastischen Umgebungen wie dem Gehirn. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuartiges Messsystem vorgestellt, mit dem sich Schwingungen bei Standard-MRT-Aufnahmen und mit hoher Genauigkeit quantitativ messen lassen. Durch die Verwendung einer amplituden- und frequenzgesteuerten externen Stromversorgung werden die Übertragungsfunktionen implantatartiger Strukturen in viskoelastischen Umgebungen präzise bestimmt. Basierend auf den erfassten Daten wird eine Korrelation zwischen den resultierenden Schwingungsamplituden und den Zeitparametern der Aufnahmesequenz hergestellt und experimentell verifiziert. Eine wichtige Erkenntnis ist, dass die untersuchten Strukturen ein unterdämpftes Verhalten zeigen und damit resonant schwingen können. Darüber hinaus wird eine neue Kennzahl eingeführt, anhand derer die Wechselwirkung des Implantats auf Vibrationen klassifiziert werden können. Die Kennzahl gibt das normierte induzierte Drehmoment an, und ermöglicht eine einfache Berechnung des maximal zu erwartenden Drehmomoments auf jedem MRT-System. Somit können die zu erwartenden Maximalamplituden unkompliziert und für jedes System direkt ermittelt werden. Eine anderes Forschungsgebiet, die in-situ-Kernspinspektroskopie und -MRT von biologischen Untersuchungsobjekten im Hochfeld, erfordert eine neuartige MR-Messsonde sowie verbesserte MR-kompatible Substrate für die Zellkultivierung. Eine MR-Sonde mit flexibler Schnittstelle wurde entwickelt. Die endgültige Version ist mit zwei HF-Kanälen und einer Gradientenschnittstelle für flüssiggekühlte Gradienten ausgestattet. Ein Leistungsbewertung wurde mittels Standard-NMR/MRT-Experimenten durchgeführt, die eine Linienbreite von 0,5 Hz und ein mit kommerziellen Messsystem vergleichbares Signal-Rausch-Verhältnis ergaben. Der Vorteil liegt in dem integrierten Durchführungssystem innerhalb des mechanischen Rahmens. Dies bietet eine einfache Methode, zur spezifischen Erweiterung der Messsonde unter Verwendung zusätzlicher elektrischer, optischer und fluidischer Versorgungsleitungen. Auf dieser Basis können spezifische, komplexe experimentelle Hochfeld-NMR/MRT-Aufbauten in kurzer Zeit realisiert werden, ohne Bedarf nach maßgeschneiderten, teuren Sonden. Als Referenz werden zwei Messaufbauen präsentiert, bei ersterem wird die Sonde für ein Öl-Wasser-Fluidikexperiment und bei dem zweitem, in einem wasserstoffbasierten Hyperpolarisationsexperiment eingesetzt. Darüber hinaus wird ein neuartiges, MR-kompatibles 3D-Zellsubstrat basierend auf Kohlenstoff vorgestellt, das erfolgreich auf Zellwachstum und MR-Bildgebung getestet wurde. Die MRT dient des Weiteren als Analysewerkzeug, um die Erhaltung der Morphologie während der Pyrolyse zu untersuchen und zu bestätigen. Das Herstellungsprotokoll ist auf andere Vorläuferpolymere anwendbar, die den Weg zu einer Vielzahl von lithografisch strukturierten 3D-Gerüsten ebnen

The Largest Unethical Medical Experiment in Human History

This monograph describes the largest unethical medical experiment in human history: the implementation and operation of non-ionizing non-visible EMF radiation (hereafter called wireless radiation) infrastructure for communications, surveillance, weaponry, and other applications. It is unethical because it violates the key ethical medical experiment requirement for “informed consent” by the overwhelming majority of the participants. The monograph provides background on unethical medical research/experimentation, and frames the implementation of wireless radiation within that context. The monograph then identifies a wide spectrum of adverse effects of wireless radiation as reported in the premier biomedical literature for over seven decades. Even though many of these reported adverse effects are extremely severe, the true extent of their severity has been grossly underestimated. Most of the reported laboratory experiments that produced these effects are not reflective of the real-life environment in which wireless radiation operates. Many experiments do not include pulsing and modulation of the carrier signal, and most do not account for synergistic effects of other toxic stimuli acting in concert with the wireless radiation. These two additions greatly exacerbate the severity of the adverse effects from wireless radiation, and their neglect in current (and past) experimentation results in substantial under-estimation of the breadth and severity of adverse effects to be expected in a real-life situation. This lack of credible safety testing, combined with depriving the public of the opportunity to provide informed consent, contextualizes the wireless radiation infrastructure operation as an unethical medical experiment