tillfällig Hörseltröskelförskjutning hos friska frivilliga med hörselskydd orsakad av akustisk bullerexponering under 3-T Multisequence Mr Neuroimaging

Se även redaktionen av Salvi och Sheppard i detta nummer.

Inledning

det akustiska bruset vid magnetisk resonans (MR)-avbildning är fortfarande ett välkänt problem för den person som avbildas (1), och bullerinducerad hörselnedsättning är också ett folkhälsoproblem (2,3). Det rapporterades (4) att toppvärdet för ljudtrycksnivå (SPL) för ett 3-T MR-system kan nå 130.7 dba. För att förhindra bullerinducerad hörselnedsättning föreslår Mr-avbildningsriktlinjer användning av skyddsapparater (t.ex. öronproppar och öronmuffar) för att dämpa det akustiska bruset för den avbildade patienten (5-7). Trots användningen av hörselskydd fann Radomskij et al (8) förändrad cochleär funktion hos patienter som genomgick en 20-minuters MR-undersökning. Det är emellertid oklart om patienterna upplevde hörseltröskelförskjutning efter att ha genomgått MR-avbildning. En annan rapport (9) visade att en patient upplevde en tillfällig hörseltröskelförskjutning efter en 41-minuters 3-T MR-undersökning med öronpropp som hörselskydd. Den ofullständiga medicinska historien som tillhandahålls och individuella skillnader kan dock förvirra bedömningen av de faktiska effekterna av MR-avbildande akustiskt brus på hörseltröskeln. Nyligen blev Mr-hjärnundersökningar som bestod av flera neuroimaging-sekvenser något vanligare (10). Trots användningen av hörselskydd kan friska frivilliga som rutinmässigt deltar i klinisk forskning ha en ökad risk för hörselnedsättning, vilket kan orsaka permanent hörseltröskelförskjutning (11). För att undersöka sådan risk genomförde vi en prospektiv longitudinell studie av friska unga vuxna för att avgöra om en enda 51-minuters exponering för akustiskt brus under 3-T multisequence MR neuroimaging kan påverka hörselgränsen för friska vuxna med öronproppar och svampmattor som hörselskydd.

material och metoder

institutional review board för det första Anslutna sjukhuset i Xi ’ an Jiaotong University godkände denna prospektiva studie. Skriftligt informerat samtycke erhölls från alla deltagare.

deltagare

mellan januari 2016 och mars 2016 registrerades 29 friska unga vuxna (12 män och 17 kvinnor; åldersintervall, 18-30 år) i följd som volontärer vid Institutionen för diagnostisk radiologi (första Anslutna sjukhuset i Xi ’ an Jiaotong University). Totalt inkluderades 26 berättigade deltagare enligt inkluderings-och uteslutningskriterierna.

inklusionskriterier.- Inkluderat var alla deltagare som passerade hörseltestet med hjälp av automated auditive brainstem response (ABR) (12). För dem som passerade var intervallen för ABR-våg I-III, I–V och interaural våg v latensskillnad inom intervallet 1,23–2,85 MSEK, 3,42–4,56 MSEK respektive -0,59 till 0,42 MSEK. Patienterna hade inte exponerats för akustisk ljudnivå som översteg 80 DBA SPL (3). En otoskopisk undersökning utfördes också för att verifiera att varje deltagares yttre hörselkanal inte var ockluderad.

Exklusions kriterier.- Uteslutna var deltagare med risker för hörselnedsättning, såsom familjehistoria av hörselnedsättning, historia av öroninfektion, ototoxiska läkemedel eller ämnen (t.ex. aminoglykosid eller cisplatin) (13) och rökning (>20 cigaretter dagligen) (14). Deltagare med en ofullständig MR-undersökning eller automatiserat ABR-test utesluts också.

MR-undersökning

MR-undersökningar utfördes med en 3-T helkroppsbildare (Signa HDxt; GE Medical Systems, Milwaukee, Wis) utrustad med en åtta-kanals huvudspole. Unga vuxna som deltog i studien instruerades att avstå från att lyssna på musik i 24 timmar före Mr-undersökningen (15). Skum öronproppar (3M1100; 3m Kina, Shanghai, Kina) fixerades i deltagarnas öronkanal och svampmattor packades i gapet mellan huvudet och spolen för att avstå från huvudrörelser. Öronproppar och svampmattor användes för att minska det luft – och benförda akustiska bruset för hörselskydd (1).

deltagarna utbildades först av tekniker med 3 års erfarenhet av hörselskydd vid MR-undersökningar. Förfarandet för att bära öronproppar var följande: för det första pressades öronpropparna i en veckfri cylindrisk form med en diameter så liten som möjligt genom att använda rena händer; Därefter öppnades öronkanalen genom att nå över huvudet och dra i pinna, och medan örat hölls Öppet, trycktes öronproppen snabbt in i öronkanalen. I synnerhet bör minst hälften till tre fjärdedelar av öronproppen placeras inuti hörselgången. Användningen av svampmattor specificerades också enligt följande: först placerades svampmattor i gapet mellan huvudet och spolen, och två svampmattor med storlek 10 10 10 2 cm användes för att täcka vänster och höger yttre öron. Svampmattorna bildar ytterligare ett lager av akustisk dämpning för det huvudben-ledda akustiska bruset (16).

i denna studie utfördes sex kliniska neuroimaging-sekvenser vid MR-neuroimaging (Tabell 1). Hela MR-undersökningen varade i cirka 60 minuter, medan MR-sekvenserna var 51 minuter 18 sekunder med extra förberedelsetid och avbildningsintervall.

Tabell 1 SPL av akustiskt brus genererat från MR – bildsekvenser

notera.- För diffusionskurtosavbildning fanns det 113 riktningar och b-värden på 0 och 2500 SEK/mm2. För diffusionsensoravbildning fanns det 30 riktningar och b-värden på 0 och 1000 SEK/mm2. För multiecho gradient-echo sequence imaging fanns det åtta eko-nummer (echo time 1, 3.1 msec; echo time 2, 39.4 msec). No-load avser ingen patient i hålet i Mr imager. 3D = tredimensionell, fet = blodsyresättningsnivåberoende avbildning, DKI = diffusionskurtosavbildning, DTI = diffusion-tensoravbildning, FSPGR = snabbt bortskämd gradient-återkallat eko, Leq = ekvivalent SPL, Lpeak = topp SPL, MEGRE = multiecho gradient-eko pulssekvens, PROPELLER = periodiskt roterade överlappande parallella linjer med förbättrad rekonstruktion.

*data är genomsnittlig standardavvikelse för Taiwan.

akustisk ljudnivå genererad av MR – bildsekvenser

två mått på akustiska ljudnivåer inkluderade ett baslinjemått utan patient och ett mått med en patient. De akustiska ljudnivåerna mättes med en icke-magnetisk mikrofon (MP 201; Peking Shengwang akustisk och elektromagnetisk teknik, Peking, Kina) och ljudnivåmätare (BSWA 801; Peking Shengwang akustisk och elektromagnetisk teknik). Mikrofonen monterades på huvudspolen, vilket säkerställde att membranet var parallellt med det statiska magnetfältet. Mikrofonen var ansluten till ljudnivåmätaren med en 1800 cm kabel så att akustisk ljudnivå skulle spelas in långt ifrån magnetfältet. Innan MR-undersökningen placerades mikrofonen först vid isocentret för magnetborrning, och sedan på varandra följande inspelningar av det akustiska bruset gjordes och ljudtrycksspektra beräknades med en tredjedel-oktavbandupplösning. Här hänvisar ljudtrycket till den akustiska brusinducerade lokala tryckavvikelsen från det omgivande atmosfärstrycket. På grund av den varierande känsligheten hos människor för olika ljudfrekvensområden (dvs. sänkt känslighetsnivå för ljudfrekvens lägre än 1 kHz eller högre än 6 kHz) (1) mättes ljudintensiteten som A-viktad decibel. I det A-viktade systemet reducerades decibelvärdena för ljudintensitet vid låga frekvenser. För varje Mr-avbildningssekvens mättes SPL (uttryckt som linjär topp SPL och kontinuerlig ekvivalent SPL) minst tre gånger och medlen beräknades.

Hörseltröskeltester

som ett bekvämt och icke-invasivt verktyg för att upptäcka hörselfunktionen använde vi den automatiska ABR för att utvärdera hörselgränsen. ABR är en auditiv framkallad potential extraherad från pågående elektrisk aktivitet i hjärnan och upptagen av elektroder placerade i hårbotten. Den resulterande utgången är en ABR-våg med flera toppar märkta I–VII som uppträder inom 10 MSEK av stimulanspresentationen. Det ger information om funktionell status för cochlea och hjärnstamvägar för hörsel. På grundval av ABR-inspelningarna kunde hörseltröskeln uppskattas och användas för klinisk utvärdering och diagnos (17). I denna studie användes en plattform allierad med kommersiell ABR – mjukvarumodul (Eclipse EP25; Interacoustics A / S, Assens, Danmark) för att utföra de automatiska ABR-testerna för utvärdering av hörselgränsen inom 24 timmar före MR-avbildningen (test 1) och inom 20 minuter efter MR-avbildningen (test 2). På dagen 25 efter MR-avbildningen utfördes ett automatiserat ABR-test för att bestämma den långsiktiga förändringen i hörseltröskeln (test 3) (18).

i det automatiska ABR-testet skulle deltagaren med mikrofonerna ligga på sängen i ryggläge. Hudelektroderna med impedans på 5 K eller mindre placerades på pannan, näsroten och bilaterala mastoider. Korta ljudstimulationer administrerades med en vikstack på 1100, bandpassfilter på 100-3000 Hz och bildhastighet på 19,9 Hz. Plattformen (Eclipse EP 25; Interacoustics A/S) hjälpte till att upptäcka ABRs som förvärvades av hudelektroderna som förstärktes av en förförstärkare. De förvärvade digitala ABR-inspelningarna överfördes till den bärbara datorn med kommersiell ABR-programvara och genomgick sedan databehandling och visning för hörselutvärdering. I detaljer började stimuleringsintensiteten från 80 dB (normal hörselnivå) och sjönk med 20 dB minskningsintervall. Den minsta hörselnivån som genererade svarströskeln för ABR V-wave betraktades som hörselgränsen. I detta steg mättes den minsta hörselnivån två gånger och medelvärdet registrerades som den uppskattade hörselgränsen (dvs. decibel SPL). Varje ABR-test varade i cirka 60 minuter. Hörseltrösklarna för vänster och höger öron mättes separat på grund av den hemisfäriska specialiseringen (19).

statistisk analys

de automatiska ABR-data (dvs. hörselgränsen) analyserades separat för deltagarens vänstra och högra öron. Envägs upprepad mätanalys av varians med Bonferroni-justering användes för att jämföra ensidiga hörseltröskelnivåer mellan test enligt följande: test 1 kontra test 2, test 1 kontra test 3 och test 2 kontra test 3. En nivå av betydelse för Macao .017 (hittades av beräkningen 0.05/3) bestämdes genom Bonferroni justering (20). Delvis2 (NP2) har rapporterats som ett mått på effektstorlek. Mann-Whitney U-testet användes för att jämföra skillnaderna mellan vänster och höger hörseltrösklar och mellan män och kvinnor när det gäller ensidig hörselfunktion (dvs. vänster eller höger öra). Statistisk analys utfördes med hjälp av statistisk programvara (SPSS 17.0; SPSS, Chicago, Ill); ett P-värde mindre än .05 ansågs indikera statistisk signifikans för Mann-Whitney U-testet. Patientdemografiska data presenteras som medel för standardavvikelse i enlighet med standarden i enlighet därmed, och kategoriska data presenteras som frekvenser; automatiserade ABR-data presenteras som medianer och interkvartilintervall (dvs. 25-75: e percentiler).

resultat

deltagare

i denna studie inkluderades 26 av 29 friska unga vuxna (medelålder, 22, 15 år, 1, 49 år, 18-26 år) (Fig 1). Tre deltagare uteslöts på grund av frånvaron av ABR-test 3 (dvs. uppföljningsundersökningen). Bland deltagarna var det 11 män (medelålder, 22,27 år 1,49; åldersintervall, 18-26 år) och 15 kvinnor (medelålder, 22,07 år 1,53 år, 18-24 år).

Figur 1:

akustiska ljudnivåer för MR-Bildsekvenserna

under MR-undersökningarna varierade den uppmätta toppen av SPLs vid isocentret för bildborrningen från 118,2 till 123,2 dBA. Motsvarande SPL varierade från 103,5 till 111,3 dBA (Tabell 1). De starkaste SPL :erna (motsvarande SPL, 111,3 dBA; topp SPL, 123.2 dBA) mättes i den T2 * -viktade tredimensionella Multi-echo gradient-echo-pulse-sekvensen. Vidare var SPLs utan en patient i hålet uppenbarligen lägre än de med en patient (Tabell 1).

förändringar i Hörseltröskeln inducerad av MR Imaging akustiskt brus

automatiserade ABR-resultat indikerade att det fanns signifikant skillnad mellan de tre testerna för bilaterala hörseltrösklar (båda totalt P < .001). Jämfört med hörseltrösklarna i test 1 visade tröskelvärdena i test 2 en statistiskt signifikant höjning av 5,0 dB 8.1 (vänster öra: 4,8 dB 6,2 db , NP2 = 0,221, P = .013; höger öra: 5,2 dB 6,9 db , NP2 = 0,364, P = .001). I detalj visade 32 öron (61,5%) och 23 öron (44,2%) hos 26 deltagare tröskelhöjningen på 5 dB eller högre respektive 10 dB eller högre. Hörseltrösklarna i test 3 visade emellertid en statistiskt signifikant minskning av 6 , 3 dB 6, 0 dB, jämfört med dem i test 2 (vänster öra: 7, 1 dB 3, 8 dB, np2 = 0, 786, P < .001; höger öra: 5,6 dB 2,4,1 , NP2 = 0,660, P < .001), medan hörseltrösklar i test 3 inte visade någon signifikant skillnad från dem i test 1 (vänster öra: -2,3 dB 8,6 db , NP2 = 0,069, P = .185; höger öra: 0,4 dB 6,3 db , NP2 = 0,003, P = .791) (Fig 2).

Figur 2:

inga signifikanta skillnader observerades mellan vänster och höger hörseltrösklar eller mellan män och kvinnor i ensidiga hörseltrösklar i ABR-testerna (Tabell 2).

Tabell 2 jämförelse av automatiserade ABR-resultat när det gäller Öronplats och kön i varje Test

notera.- Om inte annat anges är data medianer; data inom parentes är interkvartilintervall (dvs. 25-75: e percentiler). Test 1 var ett automatiserat ABR-test inom 24 timmar före MR-undersökning, test 2 var ett automatiserat ABR-test inom 20 minuter efter MR-undersökning och test 3 var ett automatiserat ABR-test den 25: e dagen efter MR-undersökning.

diskussion

vår studie visade att med hörselskydd av öronproppar och svampmattor, exponering för 3-T MR imaging akustiskt brus vid ekvivalenta SPLs av 103.5–111.3 dBA som varade i 51 minuter orsakade en genomsnittlig ökning av hörseltröskeln på 5,0 dB 8,1 db hos friska unga vuxna. Trettiotvå öron (61,5%) och 23 öron (44,2%) befanns presentera tröskelökningarna på 5 dB eller mer respektive 10 dB eller mer. Hörseltröskeln återställdes till normal nivå dagen 25 efter att MR-undersökningen indikerade en tillfällig tröskelförskjutning. Detta resultat stöder vidare vikten av lämpligt hörselskydd i klinisk praxis. Vidare är det önskvärt att utveckla skyddsapparater med högre nivå av brusdämpning för att minska den potentiella risken för hörselnedsättning.

tidigare studier uppvisade inkonsekvens avseende effekterna av Mr-avbildande akustiskt brus på hörselfunktioner hos patienter som bär öronpropparna för hörselskydd, inklusive förändrad cochleär funktion (8) och ingen förändring i ren tonhörningströskel (21,22). De patologiska tillstånden och sjukdomshistorien hos dessa patienter var dock inte väl dokumenterade. Således kan vi inte identifiera bidrag från MR imaging akustiskt brus och/eller sjukdomsfaktorer relaterade till hörselnedsättning till den förändrade hörselfunktionen. För att eliminera de sjukdomsassocierade faktorerna rekryterades friska unga vuxna som deltagare i vår studie. Vidare fastställdes uteslutningskriteriet för att eliminera andra potentiella riskfaktorer för hörselnedsättning, såsom historia av öroninfektion, ototoxiska läkemedel eller ämnen (t.ex. aminoglykosid eller cisplatin) (13) och rökhistoria (14).

data i vår studie visade att med patienter i borrningen varierade Toppspl: erna från 118.2 dBA (med diffusionskurtosavbildning) till 123,2 dBA (T2*-viktad tredimensionell Multi-echo gradient-echo pulse sequence) och överskred den regulatoriska gränsen för 115 dBA (23) vid 3-T MR neuroimaging. Motsvarande SPL varierade från 103,5 dBA till 111,3 dBA, vilket ligger nära SPL: erna för att arbeta med en jackhammer (24). Detta överensstämmer med en tidigare studie (4) som rapporterade Toppspls för en 3-T MR imager (Bruker Biospin, Karlsruhe, Tyskland) varierade från 125,7 dBA (genom att använda tredimensionell tid-av-flyg MR angiografi) till 130.7 dBA (genom att använda eko-plan diffusionsvägd bildbehandling med en skott) för patienter i hålet, och motsvarande SPL varierade från 110,0 dBA (genom att använda snabb vätskedämpad inversion återhämtningssekvens) till 115,8 dBA (genom att använda snabb inversion återhämtning T1-viktad bildbehandling). Mätningarna visade också att topp och ekvivalent SPL med patienten i hålet var något högre än de utan patienter i hålet. Dessa resultat överensstämde också med den maximala SPL-skillnaden på cirka 1,2 dBA med och utan patientbelastning i den tidigare studien (25). Den akustiska ljudnivån var nära kopplad till pulsprotokollet som användes i studien av Shellock et al (26). Dessutom påverkade parametrarna för pulssekvens (t.ex. synfält, sektionstjocklek och repetitionstid) dess SPL (25). Till exempel skulle inställningen av kort repetitionstid, litet synfält och tjocklek resultera i den högsta nivån av SPL (dvs en så kallad worst case-sekvens) (27). I vår studie användes sex neuroimaging-sekvenser som inkluderade typer av snabba spin-echo, echo-plana och gradient-echo-sekvenser för att specificera SPLs av akustiskt brus i kliniskt forskningsscenario. Med konventionella avbildningsparametrar observerades de genererade Toppspl: erna fortfarande överskrida den regulatoriska gränsen på 115 dBA och utgöra potentiella risker för hörselfunktionen. Dessa resultat föreslog nödvändigheten av korrekt hörselskydd för patienter och volontärer som genomgår bildsekvenser med hög SPL och/eller bildinställningar som skulle leda till hög SPL.

i vår studie användes den automatiska ABR för att utvärdera hörselgränsen. Även om det saknade spektral specificitet, kunde den automatiserade ABR ge hörseltröskel vid spektralområdet 2-4 kHz. Vidare var automatiserad ABR känd för att vara starkt korrelerad med det auditiva steady-state-svaret vid 4 kHz (korrelationskoefficient, 0.91) (28). Dessutom är regioner av cochlea som motsvarar högfrekvent ljudområde mer benägna att skada än de som motsvarar lågfrekvensområdet; den största hörselnedsättningen uppträder alltid vid 4-kHz frekvensområde (29). Dessa studier stöder möjligheten att använda automatiserad ABR för detektering av de bullerinducerade hörselnedsättningsrelaterade hörseltröskelförändringarna. Spektralområdesspecifika förändringar (dvs. 500, 1000, 2000 och 4000 Hz) i hörselgränsen behöver dock fortfarande klargöras i framtida studie.

med hörselskydd observerade vi en tillfällig tröskelförskjutning hos unga vuxna som genomgick 3-T MR-neuroimaging-avbildning, vilket kan hänföras till den förändrade funktionen hos yttre hårcell (8). Det specifika förhållandet mellan förändrad cochleär funktion och hörseltröskelskiftet förblir dock oklart och måste bestämmas. Tidigare djurstudier (30,31) föreslog att bullerinducerad skada på örat kan ha mer utbredda konsekvenser än den tillfälliga tröskelskiftet ensam. Svåra tillfälliga tröskelhöjningar (dvs. över 40-50 dB) skulle åtföljas av cochlea neurala förändringar (t.ex. synaptisk förändring) och kan ha långsiktiga effekter på hörselfunktioner (30,31). Även om hörseltröskelhöjningen av cochlea på 5,0 dB 8.1 vid ett intervall 2-4 kHz var lägre än 40-50 dB som behövs för att orsaka relevanta nervförändringar, detaljerade studier är nödvändiga för att fullständigt klargöra effekten av de akustiska brusinducerade riskerna på hörseln. Annat än det tillfälliga tröskelskiftet visades det akustiska bruset vid MR-avbildning (32) för att utlösa uppmärksamhetsrelaterad aktivering i kortikala områden och införa olika effekter på hörselfunktionell MR-avbildning (t.ex. minskad cochleär uppfattning för hörselstimuli). Därför antyder närvaron av akustiskt brus under MR-avbildning det tydliga behovet av passiv bruskontroll genom att använda en skyddsapparat eller aktiv bruskontroll genom att använda en modifierad sekvens (dvs. tyst MR-avbildning) eller gradientspole design (33). Ett annat behov som stöds av fynd i vår studie är realtidsövervakning av SPL under MR-undersökningen, vilket skulle vara fördelaktigt för patienternas välbefinnande (34) och kan realiseras som en billig mikroskalanordning inbäddad i öronproppen (35).

det finns flera begränsningar i vår studie. För det första begränsas resultaten av den relativt lilla befolkningsstorleken hos vuxna deltagare. En större kohort behövs företrädesvis för att ytterligare verifiera de specifika effekterna av MR–bildinducerat akustiskt brus på hörselfunktionen. För det andra kan den metodologiska strukturen förbättras ytterligare. De uppmätta SPLs dämpade av skyddsapparaten (dvs skum öronpropp och svampmatta) och hörseltröskel i cochlea-regioner med specificerad frekvens (dvs 500, 1000, 2000 och 4000 Hz) studerades inte. Framtida studie skulle helst använda realtids SPL-data, bulleruppskattning och hörseltröskel vid specificerade frekvensregioner för att ge mer detaljerad information. Slutligen var deltagarnas demografiska fördelning begränsad. De vuxna deltagarna inkluderade endast friska unga vuxna. Äldre populationer och psykiatriska patienter är mer känsliga för ljudnivåer, och effekten av akustiskt brus på dessa populationer måste undersökas separat.

för att avsluta, med hörselskydd, en 3-T MR-neuroimaging-undersökning med det akustiska bruset vid motsvarande SPL på 103.5-111, 3 dBA under en varaktighet av 51 minuter orsakade en tillfällig tröskelförskjutning hos friska yngre vuxna. Detta resultat tyder på att lämpligt hörselskydd är avgörande vid klinisk Mr-bildbehandling, och det identifierar behovet av effektivare hörselskydd och Bildtekniker med sänkt akustiskt brus och bättre övervakning av realtidsbruset under MR-undersökningen.

upplysningar om intressekonflikter: CJ avslöjade inga relevanta relationer. H. L. avslöjade inga relevanta relationer. X. L. avslöjade inga relevanta relationer. M. W. avslöjade inga relevanta relationer. C. L. avslöjade inga relevanta relationer. J. G. avslöjade inga relevanta relationer. J. Y. avslöjade inga relevanta relationer.

Författarbidrag

Författarbidrag: garantier för hela studiens integritet, Alla författare; studiekoncept / studiedesign eller datainsamling eller dataanalys/ Tolkning, alla författare; manuskriptutformning eller manuskriptrevision för viktigt intellektuellt innehåll, alla författare; godkännande av slutlig version av inlämnat manuskript, alla författare; samtycker till att alla frågor relaterade till arbetet löses på lämpligt sätt, alla författare; litteraturforskning, alla författare; kliniska studier, HL, MW, Cl, jg, jy; experimentella studier, HL, MW, Cl, jg, jy; statistisk analys, alla författare; och manuskriptredigering, CJ, HL, MW, Cl, jg, jy.