让磁共振成像变得像游戏一样简单——儿童神经影像检查方案、指南与操作流程

摘要

尽管结构和功能磁共振成像（fMRI）在人类中的应用日益增多，对儿童群体的研究仍然面临挑战。本文提供了一套实践性强、分步讲解的视频方案，包含针对临床医生和研究人员在幼儿中开展（f）MRI检查的操作指南。

摘要

在过去的十年中，功能性磁共振成像（fMRI）和结构性磁共振成像的应用日益增多，用于研究人类感知、认知和行为的神经基础^{1, 2}此外，这种非侵入性成像方法已发展为临床医生和研究人员探索典型与非典型脑发育的工具。尽管神经影像学工具和技术的进步显而易见，但在年幼儿科人群中使用（功能性）磁共振成像（(f)MRI）仍相对较少². 在对儿童进行成像时，实际和技术上的挑战给临床医生和研究团队带来了一系列独特的问题^{3, 2}. 仅举几例，儿童受试者在参与过程中会面临动机、警觉性和配合度方面的挑战。焦虑可能是需要额外关注的因素。研究人员或临床医生还需考虑时间限制、运动约束、扫描仪背景噪音以及对磁共振扫描仪环境的不熟悉等问题^2,4-10. 然而，在更年轻的年龄组中逐步开展功能性和结构性神经影像学研究，可进一步加深我们对大脑发育的理解。例如，目前多个研究团队正在致力于发育障碍的早期检测，甚至可能在儿童表现出相关行为特征之前就实现识别^例如11. 已有多种策略和技术被报道用于确保幼儿在神经影像学检查期间的舒适性和配合度。游戏疗法¹², 行为学方法^{13, 14,15, 16-18}和模拟¹⁹，使用模拟扫描区域^20,21, 基础放松²²以及这些技术的组合²³上述所有措施均被证实可提高受试者的依从性，从而改善磁共振成像数据质量。更为重要的是，这些策略已被证明能够增加参与家庭和儿童的舒适度¹². 这类技术在临床实践中的主要进展之一是有可能避免使用镇静或全身麻醉（GA）来管理儿童在磁共振成像检查期间的配合问题^19,20在本视频报告中，我们介绍了一种儿科神经影像学方案，其中包含迄今在幼儿中已证明行之有效的指导原则和操作步骤。

方案

我们已将通用的实验测试指南以及磁共振成像（MRI）特定方法^12-23整合为一套完整的神经影像学方案，旨在指导研究人员和临床医生对年仅四岁的清醒儿童进行神经影像学检查。首先，我们强调适用于MRI检查的通用测试指南。其次，我们提供了该神经影像学方案的实操性、分步式说明。根据我们的经验，单次约2.5小时的检查时长（包括最多45至60分钟的成像时间）足以完成对儿童的训练并引导其顺利完成一次神经影像学检查。

一般指南

与所有涉及儿科人群的测试环节一样，应考虑针对如何更好地与幼儿合作所制定的一般性指导原则和建议²⁴。我们强调舒适性、适宜性和动机（CAM），并提供这些概念的定义。

（C）舒适度： 舒适度是指在影像扫描过程中，年幼参与者所处的一种情绪状态，其感受到的威胁被最小化，而安全感被最大化。

环境：与其他研究团队一致^19,20，我们认为模拟扫描区域是开始神经影像学检查的理想场所。理想情况下，模拟扫描区域应尽可能还原真实的MRI检查室和磁共振扫描仪（例如，配备外观与真实MR扫描仪一致的模拟MR扫描仪，并能发出类似的声响）²⁰。该房间配备与真实MRI检查室相同的设备（例如，反应工具）。由于不存在静态磁场，因此这是一个安全的环境，可采用适合儿童的方式帮助儿童熟悉成像流程。可通过增添毛绒玩具、在房间内放置少量玩具（不宜过多，以免分散注意力）、为家长和兄弟姐妹配备儿童尺寸的座椅和桌子，以及提供经家长同意的零食和饮料，将模拟扫描区域布置得更加儿童友好。此外，我们还会为儿童提供贴纸记录表、一张包含其脑结构图像的CD，以及一个装有礼品卡和其他小奖品的“寻宝箱”。

家人与朋友：在神经影像扫描期间促进儿童积极参与的一种方法是鼓励他们邀请家人、兄弟姐妹或朋友，或携带自己的毛绒玩具或玩具。此外，应允许儿童及其父母选择是否希望在功能磁共振成像（fMRI）实验期间有一位家长留在磁共振成像（MRI）检查室内。

服装：必须穿着无任何金属部件（如纽扣或拉链）的衣物。儿童可能更愿意穿着自己的衣服。但如果需要，应备有合适的服装（如医院病号服）。由于训练室和磁共振成像（MRI）室可能较冷，可为儿童提供毯子以增加舒适感。

（A）适宜性：适宜性描述了在神经影像学扫描期间，针对所研究的年龄组，用于呈现活动和材料的框架与背景。

术语：在儿科神经影像检查过程中，所使用的术语和操作方式应谨慎选择。恰当的措辞有助于避免误解或营造令人恐惧的氛围。应避免使用不恰当的表达，例如：“声音会很大，但不会伤害你”或“你在机器里面感觉怎么样？”。建议使用儿童易于理解的积极语言，并直接应对可能的问题。避免某些表述有助于检查的顺利进行，同时建议选用适合儿童的技术术语（例如，用“大脑照相机”代替“MRI machine”，用“照相机拍照声”代替“扫描仪噪音”等）。

误解：一个重要的目标是在神经影像检查过程中尽早澄清儿童对成像技术的误解。应在检查前向儿童及其监护人提供易于理解的研究说明，并可在神经影像检查开始时再次重复说明。

反应工具：使用适合参与者年龄的特定反应工具已被证明具有积极作用²⁵。例如，在使用各种设备（如耳机、反应按键、眼动仪等）时，应选择在尺寸和形状上适合儿童使用的设备。这些设备应被仔细安置，以避免儿童为了触碰反应装置而扭动或移动身体。

情绪状态：与每次测试过程一样，必须关注参与者的情绪状态。儿童并不总是能够轻易表达自己的感受，但应及早识别并及时处理其焦虑、厌倦或挫败情绪^7,24。需要直接回应其担忧，并以适合儿童的方式提出问题。

灵活方法：强烈建议根据每个儿童的具体需求进行调整，并预留充足时间以实现灵活的实施方式（例如，根据儿童情况提供可选帮助、增加训练次数、为神经影像扫描环节留出足够时间等）。

（M）动机： 动机描述了参与者在特定研究环境中主动合作的意愿。

儿童友好型主题：我们建议采用有趣的主题来引导儿童完成整个神经影像学检查过程（例如冒险故事）。通过这种方式，儿童会对各项活动的流程产生兴趣并积极参与。此外，主题的运用还能使研究团队有机会以儿童易于接受的方式设计所有实验和任务范式（例如使用卡通人物）。

传统与虚拟贴纸图表：贴纸图表是广为人知的工具，可用于帮助激励儿童在一次实验过程中完成不同的任务。虚拟贴纸图表类似于传统贴纸图表，但可在儿童处于磁共振扫描仪内时通过投影仪向其展示。例如，我们使用一种模仿儿童游戏“Chutes and Ladders”的虚拟贴纸图表，参与者需要在游戏中找到回家的路（只有完成实验任务才能实现）。这不仅对孩子来说充满趣味，同时也为研究团队在每次运行（即一个实验任务的图像采集时间）结束后留出时间为下一次任务做准备。

操作步骤

儿科神经影像学检查第一节：准备工作

1) 神经影像扫描前： 为准备神经影像扫描，向参与的家庭提供印刷或在线资料，其中包含适合年龄的描述，以预览研究内容及相关细节。

儿科神经影像学课程第二部分：培训（约1小时）

2）欢迎与手续办理：儿科神经影像检查会话从模拟扫描区开始，研究团队在此迎接参与的儿童及其家人和朋友。研究人员将审核机构审查委员会（IRB）表格（如知情同意书和儿童同意书）、磁共振（MR）扫描仪筛查表格以及补偿流程，并确保儿童及其父母清楚了解本次神经影像检查会话的内容和范围。

3) (f)MRI 介绍： 向儿童及其家长介绍模拟扫描区域，包括对模拟扫描仪、反应工具以及神经影像检查过程中使用的其他材料的简要说明。可以使用数码相机来解释普通相机如何拍照，以及“大脑相机”（即 MRI 扫描仪）的工作原理。通过清晰和模糊照片的示例，展示运动对照片或图像质量的影响（见图 1）。可通过选择性游戏（如“冻结游戏”或“雕像游戏”）来说明限制运动的重要性，这些游戏要求儿童在短时间内保持完全静止（例如，像冰雕或雕像一样不动）。

图 1. (A) 清晰与(B) 模糊的图像可用于演示运动对图像质量的影响。

4）实验介绍： 在介绍实验任务之前，可以先进行一项简短而有趣的活动。随后，逐步引入模拟扫描仪的使用。

5.1）短片：本实验为神经影像学检查环节添加了适合儿童的主题。儿童将参与一场太空飞船冒险游戏，该活动由一段短片引入；主要角色将引导儿童完成所有实验环节。

5.2）实验任务 / “游戏”： 模拟扫描仪的使用是逐步引入的：(1) 儿童坐在模拟扫描仪床面上时，向其展示指导说明；(2) 使用与计算机屏幕内容一致的打印卡片重复讲解指导说明；(3) 在研究团队的帮助下完成前几个示例；(4) 随后实时呈现训练项目；(5) 接下来，为儿童提供耳机，并在呈现训练项目期间播放预先录制的扫描仪背景声音；(6) 最后，允许儿童在模拟扫描仪内部进行游戏。研究团队确保儿童理解实验任务。

如果使用多个反应工具，例如每只手一个按钮，则必须明确界定哪个反应工具对应哪个答案。儿童可能无法分辨左右，可在儿童身体一侧放置一个毛绒玩具（如猴子）。而非采用以下说明 按下右侧按钮，说明已更改为 按压猴子按钮.

5）沟通规则：在训练过程中，儿童将学习到，腿部受到轻柔按压表示他们的动作过大。这一信号在实际fMRI实验期间作为研究团队与儿童之间的一种沟通方式。需向儿童说明，在图像采集期间应避免说话，因为说话可能干扰实验任务的执行并影响数据质量。

6）短暂休息/掷骰子游戏：在休息期间，可以使用骰子来确定在fMRI实验中进行游戏的随机顺序。这可以确保在不同参与者之间实现随机化。

7）重点内容的重复：在开始fMRI实验之前，建议研究人员向儿童重复说明神经影像检查过程中最重要的规则。为了尽量减少对年幼儿童记忆能力的要求，可将关键信息总结为若干要点，并在检查过程中不断重申这些要点。

8）故障排除：当儿童在参与训练或功能性磁共振成像（fMRI）实验时表现出犹豫，研究人员应（1）立即采取行动；（2）主动提供暂停休息的机会；（3）回应其担忧，并明确说明参与是自愿的；并根据儿童的选择，决定是提前终止实验，或（4）采用游戏治疗师推荐的游戏策略^12,26，以帮助焦虑程度较高的儿童适应新环境。采用灵活的方法至关重要，使儿童能够以适合自身节奏的方式参与。然而，儿童是否参与的决定必须明确体现其自主选择。

9）不使用模拟扫描仪的 MRI 培训：如果研究人员或临床医生无法使用模拟扫描仪环境，强烈推荐采用游戏治疗师所使用的游戏策略²⁶。例如，可通过使用磁共振扫描仪的图片或模型来模拟一次神经影像检查过程¹²。此外，采用脱敏疗法和操作性行为技术等行为干预方法^13-15,17,23，已成功帮助减少儿童的焦虑情绪，并提高顺利完成神经影像检查的儿童比例。

儿科神经影像学课程 III：休息与金属筛查

10）金属筛查：每位受试儿童及其家长在进入MRI检查室前，均需填写并签署MRI筛查表格。此外，还需对儿童进行铁磁性物品检查。可使用手持式金属探测器或磁铁以游戏化的方式进行筛查（例如“假装我们在机场过安检”）。

儿科神经影像学第四讲：fMRI 实验（45 至 60 分钟）

一般建议：在进行fMRI实验时，许多儿童面临的最大挑战是在较长时间内保持完全静止。建议尽可能缩短每次实验的时长，或将实验分为两次扫描运行。根据我们的经验，每次扫描运行时长控制在五到七分钟以内，小学阶段或更小的儿童通常能够顺利完成。同时，也应考虑整个成像会话的总时长。然而，对于儿童而言，完成包含多次短时扫描运行的较长成像会话，通常比完成包含较少但较长扫描运行的较短会话更容易。神经影像学实验常采用区组设计，即不同的实验任务条件以连续的区组形式呈现。儿童在一次实验运行中面对不断变化的任务要求时容易感到困惑，因此建议将不同任务条件分离开来（例如，在两次连续的实验运行中分别测试两种不同的任务条件，并在中间安排休息）。

11）促进过渡： 为帮助儿童顺利过渡到实际的磁共振成像（MRI）检查室，可由一名研究人员陪同儿童进入，儿童也可选择让一名家长及其最喜爱的毛绒玩具一同陪同，前提是该玩具不含任何铁质部件。此外，建议另有一名研究团队成员陪同儿童。

12）设备检查：需检查屏幕和镜子的位置（用于视觉实验）、声音音量（用于听觉实验）以及反应工具，并应为在 MRI 室内的陪同人员提供听力保护装置（例如耳塞）。使用实际示例检查反应工具及设置（例如播放问题让儿童测试音频设置，并让儿童进行回答）。研究团队必须确保 MRI 室内每一位家庭成员均已了解有关行为规范和安全注意事项的相关信息。

13）fMRI / 实验任务执行： 每次游戏（实验任务）开始前应重复说明任务指导语。每次游戏结束后，虚拟贴纸图表将奖励儿童的合作行为。在磁共振扫描仪中时，必须监测儿童的舒适度和身体活动。研究团队成员留在MRI检查室内已被证明具有显著优势；可直接观察儿童的健康状况和行为表现，并向儿童提供必要的沟通和鼓励性反馈。儿童的头部运动可由MRI检查室内的研究人员或在室外监控图像采集的研究人员进行观察。在训练阶段练习过的轻柔按压手势可提示儿童其移动幅度过大。对于包含多个实验轮次的实验，在神经影像扫描过程中安排一次短暂的中途休息有助于维持儿童的舒适度。作为休息期间的激励措施，可向儿童展示其自身的脑部图像。

14）结构像图像采集： 最后，结构磁共振图像采集要求受试者保持静止，不执行任何实验任务。在此期间，儿童可通过观看短片来保持注意力。推荐选择动物影片或纪录片，因为这些内容令人愉悦，且不太可能引发大笑，从而避免在图像采集过程中造成头部运动。如果告知儿童，采集期间获得的图像将作为礼物赠送给他们带回家（例如刻有儿童脑部图像的光盘），则儿童在图像采集期间会更容易接受对身体活动的限制。

15）结束阶段：图像采集完成后，将进行后续的补偿程序，包括赠送礼品、奖品以及一张包含所采集脑部图像的光盘，供儿童带回家。

代表性结果

采用适当的准备方案和适合儿童的成像流程，能够积极影响参与研究的儿童及其家庭的合作程度、积极性和整体体验。使用本方案可减少整体运动，从而提高在无需镇静或全身麻醉的情况下获得高质量图像的可能性。

采用本方案，我们近期获得了一组学龄前儿童（年龄 4.9 至 6.3 岁，平均年龄 5.5 岁）的功能性和结构性脑成像数据。超过 95% 的儿童能够完成包括模拟扫描仪训练和功能性磁共振成像（fMRI）实验在内的神经影像学检查。本方案中所述的指导原则和操作流程专为儿科神经影像检查设计，但其中的一般性原则及许多所述工具也可广泛应用于其他儿科影像检查，例如身体其他部位的图像采集。

讨论

功能性和结构性磁共振成像（MRI）在人类大脑研究中的出现，为探索典型及非典型的大脑结构与功能提供了可能，因此在科研与临床应用方面均具有重要意义⁶。然而，相较于成人、青少年或婴儿群体，针对低龄儿童的MRI研究仍相对较少，这主要是因为在进行儿科神经影像扫描时存在诸多技术和实际操作上的困难。本视频方案提供了切实可行的解决方案，旨在应对可能阻碍研究团队在年幼儿童中开展（功能）磁共振成像（(f)MRI）实验的主要实践挑战。

儿童神经影像学面临诸多挑战，但研究者普遍认为，需要克服的两大主要障碍是：焦虑/痛苦程度以及受试者的运动^2,4,7,25。在接受影像学检查的临床患者中，焦虑和痛苦情况十分常见。据估计，所有患者中有4%至20%拒绝接受MRI检查，或在检查完成前中途退出²⁷。临床影像检查若未完成，可能带来严重后果，因为它会延迟正确诊断及潜在治疗的实施²²。据报道，儿童接受MRI检查时产生的焦虑/痛苦水平甚...