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清醒儿童磁共振成像扫描的注意事项：对3至5岁儿童脑结构与功能评估的指导原则

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DOI：

10.3791/70023

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2026年3月10日

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1Department of Psychology, University of Maryland

本文内容

摘要

本方案描述了用于检查3至5岁儿童大脑结构和功能的方法。内容包括儿童进行磁共振成像（MRI）扫描前的准备工作流程，如向家庭提供的准备材料、模拟扫描仪训练，以及扫描过程中采用的具体方法。

摘要

幼儿期（3至5岁）是大脑发生显著变化的阶段。这一发育过程支撑了多个领域随年龄增长而出现的能力提升，包括语言、记忆以及社会情绪技能。然而，使用磁共振成像（MRI）在这一时期评估大脑结构与功能仍面临诸多挑战。例如，儿童难以保持静止、长时间维持注意力，以及在扫描仪内不配合完成行为反应等，都是尤为普遍的问题。过去十年中，神经影像技术的不断进步已显著提高了儿科神经影像研究的成功率。例如，缩短扫描时间以及在扫描过程中实时监测和校正运动，已被证明对获取可靠数据具有重要价值。然而，发育研究者仍需发挥创造性，充分帮助年幼参与者适应扫描环境，并确保所采集的数据能够有效回答研究问题。随着大型、多中心合作研究（如HEAL健康儿童与脑发育研究）的兴起，这些扫描环节的成功变得至关重要，此类研究旨在追踪生命最初几年中典型与非典型的大脑发育轨迹。为此，本报告提出了一项儿科神经影像操作方案，旨在改善年幼儿童的扫描体验并提升发育神经影像数据质量，其依据来自过去11年中同一实验室开展的四项神经影像研究的结果。这些结果提供了采用该方案时，预期的扫描准备时间、总扫描时长，以及对年幼儿童进行结构和功能扫描的成功率参考指标。

引言

对睡眠中婴儿进行的MRI研究揭示了早期大脑结构与功能架构如何为日后多个领域的能力发展奠定基础，包括语言1,2、执行功能3以及社会情绪发展4。然而，许多发展性问题（例如针对特定认知过程的研究）需要儿童在扫描过程中保持清醒，以便研究人员能够测量其对任务、电影或其他刺激的反应。随着儿童成长，他们在扫描期间提供行为反应的能力逐渐增强，这推动了早期童年阶段向清醒状态神经影像学研究的转变。从扫描睡眠儿童转向在儿童清醒时采集扫描数据，带来了新的挑战。例如，许多幼儿会对MRI感到焦虑，因为这是一种高度新奇且具有强烈刺激的环境，通常并未针对儿童需求进行优化设计。此外，这种环境可能让儿童联想到诊所，而事实上，许多研究人员确实在医疗中心开展扫描。即使儿童能够进入扫描仪，也很难让他们在整个扫描流程中保持静止并维持注意力。注意力丧失对于基于任务的扫描尤为重要，因为研究人员希望从这类扫描中推断出大脑功能特征与认知过程之间的关系。焦虑和注意力波动都会导致该年龄段儿童在扫描过程中出现更多运动，因此，早期童年被认为是神经影像学研究中极具挑战性的阶段5。

现有的儿科磁共振成像（MRI）方案主要针对睡眠中的婴儿6，以及年龄较大儿童的任务态扫描7,8。然而，在幼儿期（大约3至5岁）儿童可以保持清醒状态下进行扫描，但他们可能仍过于年幼，无法完成需要按键反应的传统任务态功能磁共振成像（fMRI）扫描。这一空白亟需解决，因为幼儿期是一个独特的发展窗口期，此阶段儿童的注意力、保持静止的能力以及对指令的依从性正在逐步形成，并存在个体差异，这为清醒状态下的扫描提供了可能性。因此，对学龄前儿童进行清醒扫描所需考虑的因素超出了针对年长儿童所提出的要求。迄今为止，关于如何开展此类扫描的最佳实践主要通过会议期间的非正式交流，或在不同职位间传承培训经验的方式传播（例如，在博士后期间学习的操作流程，随后在建立独立实验室时加以应用）。本方案旨在系统化并整合这些实践经验，以提高操作透明度，并帮助初次在磁共振环境中开展该年龄段研究的研究人员顺利实施针对幼儿的清醒MRI扫描。

因此，本实验方案的目标是在儿童早期促进安全地获取高质量脑部影像，以研究脑与行为之间的关系。具体而言，使用本方案获取高质量数据可使研究人员探讨一系列发展性问题，例如脑结构与认知结果之间的关系、脑区之间的功能连接如何与认知结果相关，或任务相关的脑区功能激活如何支持不同的认知过程。这些问题在学龄前阶段尤为突出，因为诸如心理理论9、形成长期记忆10以及支持阅读发展的前读写技能11等基础能力在此期间迅速发展。此外，关于此阶段认知发展的研究可能具有重要的临床和政策意义。例如，将脑发育与儿童早期的午睡转变联系起来，可为幼儿园午睡政策提供依据，从而影响学习与记忆12。

本文所述技术基于先前的实验方案7,8，在整合了最新的技术进步和方法学考量的基础上，实现了对清醒状态下的婴幼儿进行扫描。该方法特别适用于采集3至5岁儿童MRI数据的研究人员。未来的研究应持续优化实验流程和技术手段，以利用清醒状态下的MRI技术（awake MRI）在更广泛的年龄范围和发育阶段中开展脑-行为关系的研究（例如，婴儿期13, 幼儿期14）。

通过遵循本方案中概述的步骤，研究人员将能够探究在结构和功能脑发育与认知发育均快速发展的时期，脑发育如何支持认知能力的发展。此外，该方案也可用于临床环境，因为它能够获取高质量的神经影像数据，有望改善对幼儿神经发育障碍的早期诊断和特征描述。为说明该方案的有效性，本文展示了同一实验室在过去11年中对3至8岁儿童开展的四项神经影像研究的结果。这些结果提供了扫描前所需的准备时间、扫描方案持续时间与实际在扫描仪中花费的时间，以及不同序列类型（如结构像与功能像）所获得的可用数据量的参考信息。

方案

本方案描述了使用磁共振成像（MRI）在清醒且健康的学龄前儿童中测量大脑结构与功能的方法和工具，并遵循马里兰大学帕克分校人类研究伦理委员会的指导方针。已从每位儿童的父母或法定监护人处获得书面知情同意，并从每位儿童处获得口头同意。该方案涵盖了从招募实践到实际扫描过程的全部步骤，以确保神经影像学检查的顺利进行，重点介绍了减轻儿童及其家长对MRI产生焦虑的方法，并包含用于最大化数据质量的故障排除措施。

1. 人员培训与经验

  1. 首先，让研究团队的新成员旁听一次实验环节，仅进行观察。
  2. 在旁听两到三次实验环节后，新成员担任扫描助手（Scan buddy）角色，该职责相比其他角色（如主导实验环节）需要较少的决策和故障排除，但可使其更深入参与研究访问过程，并练习与儿童受试者建立良好关系。
  3. 在担任两到三次扫描助手后，新成员在一名经验丰富的研究团队成员协助下主导一次实验环节。实验结束后，对其表现提供详细反馈。重复此过程，直至新成员能够独立且自信地主导实验环节。
    1. 让新成员从扫描年龄较大的儿童开始，因为这些儿童通常更配合，实验过程也比年幼儿童更顺利。或者，可安排他们在同事的子女身上进行练习，这些儿童可能对研究环境更为适应。

2. 招募与安排

  1. 了解受试者对磁共振成像（MRI）的先入为主观念，并缓解可能存在的焦虑来源。例如，询问儿童是否曾接受过MRI检查，以及检查过程中是否出现过问题（如儿童对扫描仪的噪音或密闭空间较为敏感）。
  2. 提前告知家庭，此次扫描无需使用镇静剂或辐射，扫描过程中可随时中止，并且（若符合影像中心的操作规范）家长/监护人可在整个扫描期间全程陪同，和/或研究人员将在模拟训练及实际扫描期间始终在扫描室内陪伴儿童。
    注意：部分儿童在家长全程积极参与各步骤时表现更佳，而另一些儿童则在家长参与较少的情况下表现更好。
    在初步招募或筛选阶段，应直接询问家长，其子女在家长积极参与（如在模拟训练和实际扫描期间待在室内）或不积极参与（如待在室外）的情况下，是否更能专注听从研究人员的指导，这将决定研究访问的具体安排方式。
  3. 面向儿童受试者的任何材料均应使用儿童易于理解的语言。例如，“脑部相机”比“MRI”或“扫描仪”听起来更友好，而“头盔”也比“头部线圈”更不易引起恐惧感。
  4. 使用视频和其他视觉材料向家庭展示他们到达神经影像中心后检查过程的具体流程（见图1A）。
  5. 准备若干篇通俗易懂的文章（理想情况下是面向非专业读者撰写的）或其他资源，供希望进一步了解MRI及其过程的家长阅读15，16。
  6. 尽量提供周末、学校假期或上午的预约时段（避免在放学后安排，因为此时儿童可能较为疲劳且配合度较低）。征求家长意见，确定最适合其子女进行MRI检查的时间。例如，有些儿童在清晨表现最佳，而另一些儿童早晨较为困倦，下午状态更佳。
  7. 在检查前数天向家长发送提醒，要求其确认是否仍能按时参加检查，并列明即将到访时需注意的事项。例如，提醒家长为儿童穿着舒适、无金属成分的衣物，如棉质T恤和运动裤。
  8. 现场应备有磁共振安全的备用衣物，以防儿童抵达时所穿衣物不符合磁共振安全要求。

儿童认知研究设置；一系列显示儿童在实验环境中的图片。
图1：参与者招募、培训和补偿所用材料。（A）研究访问前发送给家庭的磁共振成像（MRI）视频。该视频应概述家庭从进入神经影像中心到离开期间的全部流程。（B）用于让参与者体验在类似真实MRI条件下保持静卧的玩具隧道。（C）以参与者脑部图像为元素的奖品，包括一只穿着印有儿童脑部图像T恤的泰迪熊，以及一件儿童可自行穿着的同款T恤。请点击此处查看此图的放大版本。

扫描前的准备工作

  1. 确保至少有两名熟悉与儿童合作的实验室成员参与访问：一名工作人员在模拟环节中与受试者互动，并在扫描期间管理MRI控制室的设置；另一名工作人员作为助手（即“扫描伙伴”），在实际扫描过程中留在儿童所在的房间内。
  2. 避免因研究团队规模过大而使家庭感到压力。保持团队精简，并逐一介绍团队成员。
  3. 由一名团队成员迎接家庭，将其带至模拟扫描区域，随后在适当时机介绍其他成员，例如进入扫描室时介绍MRI操作员。
    注：一些神经影像中心配有专门的MRI操作员/技术人员负责运行扫描，而在其他地点则由研究团队培训成员执行该任务。如果中心未提供操作员，则需额外安排一名能够操作扫描仪的研究团队成员，使总人数达到3人。
  4. 在进入实际扫描室之前，先进行一次模拟MRI扫描，向儿童展示他们在正式扫描中需要完成的任务，例如练习保持静止不动，同时聆听与扫描仪发出声音相似的噪音。
    注：一些神经影像中心可能没有配备带仿真实体扫描仪的专用模拟室，但可通过创造性方式应用相同原则。例如，让儿童躺在一个布制游戏隧道中（见图1B），同时用手机以最大音量播放扫描仪声音来模拟环境。然而，有研究表明，模拟扫描环节对于成功完成幼儿扫描并非必不可少17,18，因此需自行判断是否采用此方法。需注意的是，模拟扫描会额外占用时间，可能带来负担；此外，若与正式扫描安排在同一天进行，儿童可能变得疲倦、饥饿或烦躁，家庭也可能感到沮丧。因此，是否采用该方法由研究人员自行决定。本方案将介绍模拟环节的具体步骤，与结果部分所列研究保持一致。
  5. 为帮助儿童做好MRI扫描准备，提供充分的引导支持。可先使用儿童更熟悉、更友好的物品（如布制游戏隧道，见图1B）训练他们在狭小空间内保持静止。
  6. 介绍模拟扫描室，并允许儿童以自己的节奏探索该空间。
  7. 将空间装饰成适合儿童的主题风格（例如图2所示的太空主题），帮助儿童进入时感到舒适，并通过讨论房间细节（例如询问儿童“墙上哪幅宇宙飞船的图片是你最喜欢的？”）建立良好关系。
  8. 利用模拟MRI训练机会，为儿童全面准备真实扫描的各个环节（见图2A、B）。制作一本“脑部相机书”，图文并茂地展示他们接受脑部成像时将经历的各个步骤（图2C-F）。
  9. 让儿童聆听预先录制的扫描仪声音，这些声音应与实际扫描中听到的相似，以此进一步支持其体验准备。
  10. 首先让儿童在房间内站立时聆听这些声音，并引导他们说出联想到的事物。例如，某个序列的声音常让儿童联想到电话铃声、闹钟或消防车。将这些陌生声音与儿童熟悉的声音建立联系，有助于降低他们在实际扫描中听到噪音时的焦虑感。
  11. 在结构扫描期间允许儿童观看电影，以提高其专注度，从而减少扫描过程中的运动。在模拟环节中，让儿童从预先设定的适龄影片列表中选择将在结构扫描期间观看的电影。
    注：应提供能吸引儿童注意力但不过于滑稽或包含歌曲的影片。过于滑稽的影片可能引发大笑，而有歌曲的影片可能促使儿童跟唱，两者均会导致身体移动。应征求家长对影片选择的意见，因为他们可能更了解哪些影片特别容易让孩子发笑，或相反地，可能引起恐惧和不安。
  12. 让儿童在模拟MRI检查床上练习保持静止，同时观看电影并播放扫描仪声音。
  13. 提醒儿童应像雕像一样保持静止，但身体要像他们最喜欢的毛绒玩具一样柔软（如“脑部相机书”中所述，见图2F）。练习时间应与一次实际MRI序列持续时间相同（例如，T1加权解剖序列约4-5分钟）。
  14. 在此期间向儿童反馈其运动和注意力表现。持续练习，直到儿童能够连续两分钟保持不动。
    注：如果儿童通过点头或其他肢体动作回答问题，应提示其使用语言回应，并告知他们在真正的“脑部相机”扫描中也需如此。这一点对减少扫描过程中的头部运动至关重要。将此类提示融入对儿童的提问中（例如，“如果你感觉良好并准备继续，请说‘是’；否则请说‘否’”）。注意记录儿童任何典型的动作习惯或特定移动倾向，例如蜷缩膝盖、将手伸向镜子或扫描仪顶部，并据此调整扫描过程中的指导方式和应对策略（扫描各序列的具体参数见补充表1）。
  15. 推动模拟MRI扫描床，将儿童送入模拟扫描仪内，以模拟实际MRI扫描的体验。
  16. 重复第3.12-3.14节中的步骤：播放电影、扫描声音，并监控运动情况。持续练习，直到儿童能在无任何移动的情况下保持静止达一次扫描的时长（约5分钟），同时注意整体访问时间和儿童的持续能力。
    1. 如果儿童表现出明显焦虑，可邀请家长或研究人员先在模拟扫描仪中示范保持静止。通常情况下，让儿童看到他人愿意完成被要求的任务会有所帮助。
    2. 允许儿童从一系列MRI安全的毛绒玩具中选择一个，带入实际扫描仪中。
    3. 询问儿童：“你愿意带一个朋友进脑部相机房间吗？”如果回答“是”，则展示可选项并让其选择一个；如果回答“否”，则无需选择毛绒玩具，继续下一步。
  17. 在前往实际扫描室之前，让家长确认筛查表上的信息，短暂休息并进食少量零食（尽量减少液体摄入），并确保儿童已使用洗手间。
  18. 确保家庭将所有个人物品（如手机、包、手表、珠宝）存放在控制室和扫描室外的储物柜中，以尽量减少干扰。
    注：应在预约访问前，让家长为儿童及本人填写MRI安全筛查表（如果神经影像中心允许家长进入扫描室），以确认儿童是否符合参与条件。然后在扫描当天再次对受试者及家长/照护者进行筛查。即使家长不打算在扫描期间留在房间内，这一措施也能在儿童于扫描仪中感到 distress 且家长希望或被允许进入安慰时提供更大的灵活性。如果家长不符合MRI安全要求，应使其充分了解相关限制。
  19. 提供以大脑为主题的奖品，例如印有儿童自身脑部图像的T恤或其大脑的小型3D打印模型，作为额外激励（见图1C）。在扫描前告知儿童该奖品，并说明如果他们保持不动，奖品上的图像会更清晰。
    ​注：虽然这些奖品有可能在会话现场制作（例如使用熨烫贴片制作脑部T恤），但时间安排可能并不总是可行。如果无法在MRI会话当天提供此类奖品，则应准备其他儿童可在会话结束时带走的奖品，例如泰迪熊或贴纸书。

专为儿童脑部扫描设计的海洋主题MRI房间；MRI设备与布置。
图2：模拟扫描仪设备与培训材料。（A）两个模拟MRI扫描室的示例，儿童可在其中进一步练习真实扫描过程，且环境更接近实际扫描室（与图1B中的游戏隧道不同）。采用太空或水下主题可降低模拟环境的压迫感，使研究人员能够将MRI检查描述为一次探险经历。（B）利用模拟空间练习真实扫描的所有步骤，例如佩戴耳机、躺在扫描床板上，以及戴上“超级英雄头盔”。（C）色彩丰富的封面页，配有适合儿童的插图。（D）将脑部扫描仪与儿童已熟悉的普通相机等概念相联系，有助于提升他们对脑部扫描仪的接受度，并强化“保持静止以避免图像模糊”这一关键概念——这在普通照片和脑部图像中均适用。（E）提供其他儿童接受扫描过程的照片，包括练习金属探测时的姿势以及佩戴耳机的情景。（F）与参与者使用简单指令，如“静止”、“轻柔”和“超级棒”，可在后续扫描过程中提供简短的行为提示。请点击此处查看该图的放大版本。

4. 扫描过程中

  1. 在儿童进入房间前做好准备（最好在儿童到达扫描室之前完成这些准备工作，以便之后可以专注于让儿童感到舒适）。
    1. 确保在检查视觉显示和音频设置之前，已准备好儿童选择的电影以及所需的任何任务文件。
    2. 在儿童进入扫描仪时进行屏幕检查。该检查可以简单到使用一张PowerPoint幻灯片，边框带有适合儿童的图片（参见 图3).
    3. 如果儿童在扫描仪中能够命名屏幕上所有图像且头部保持不动, 然后他们就能看到整个屏幕。如果他们遗漏了部分图像，则调整镜子并再次询问他们能看到什么。重复此过程，直到他们说出所有图像。
      注意：如果可能，使用贴纸或主题贴纸装饰实际扫描仪，这会使扫描仪环境不那么令人畏惧，并更适于儿童。
    4. 检查耳机音量，确保其既不太低也不太高。
    5. 准备好将用于儿童的听力保护装置及其头部所需的任何衬垫。
    6. 若使用运动监测软件，请提前设置好相关参数。若使用帧间整合实时MRI监测（Framewise Integrative Real-time MRI Monitoring, FIRMM）软件，请设置以下参数：fMRI运动阈值：0.3 mm，T1/T2运动阈值：0.5 mm，脑尺寸：默认。
  2. 带儿童进入扫描室
    1. 进入控制室后，向儿童介绍磁共振成像操作员，并告诉儿童这位朋友将帮助拍摄他们的脑部图像。
    2. 使用手持式金属探测器确保家长/护理人员和儿童身上没有金属物品。如果家长/护理人员或儿童所穿衣物带有口袋，应指导其检查并确保口袋为空。
    3. 让孩子像“铅笔”一样站直，双手放在身体两侧，双脚并拢。将手持金属探测器从孩子的脚部开始，沿身体前面上移至头顶，然后沿背部进行扫描。
    4. 让孩子将双臂展开，呈“海星”状。将金属探测器沿孩子一侧腿部侧面开始，向上经过身体侧面、腋下、上臂上方，沿头部一侧向上，再沿对侧以相同路径向下移动。
    5. 若金属探测器在任何位置发出信号，需检查是否存在金属物品，取出后重新对儿童进行筛查。
    6. 重复第4.2.3-4.2.5节中的步骤，用于家长/照顾者。
    7. 进入扫描室后，让儿童有机会先探索扫描仪的空间，或询问有关设备的任何问题，然后再引导其坐到扫描仪检查床上。
    8. 为他们准备一个凳子，以便他们可以自己爬上床，从而增强其控制感和自主性。
      注意：如果儿童特别焦虑，可尝试在扫描室内播放适合儿童的音乐，以掩盖扫描仪发出的“呼啸”声。
    9. 当儿童坐在床上时，向他们展示MRI设备后方的屏幕，他们将通过该屏幕观看电影，并提醒他们需要借助镜子来看到电影画面。
    10. 在让他们戴上耳部防护装置之前，先让他们用手触摸感受一下，并向他们解释，这样可以确保在观看电影或玩游戏时，“相机噪音”不会对他们造成干扰。
    11. 戴上耳部保护装置后，将耳机戴在儿童头上，并让其躺入头部线圈中。调整儿童体位，直至其躺卧舒适且头部保持正直。
    12. 使用软质泡沫垫将儿童的头部固定在头部线圈内，并向其解释这些垫子类似于枕头，可增加舒适感，应调整至“舒适温暖，但不过于紧绷”的程度。在放置垫子前，可让儿童先用手挤压感受一下。
    13. 消除儿童头部与头部线圈之间的任何空隙，以防止扫描过程中出现大幅度的头部移动。垫好固定垫后，询问儿童：“这样感觉舒适又 snug，但不会太紧吧？” 根据需要调整固定垫，直至儿童确认满意为止。
    14. 通过耳机播放一段儿童电影，以确保音量对儿童来说不会太轻或太响。
    15. 在儿童膝盖下方放置一条卷起的毛巾，以增加其舒适度，并减少其移动或交叉双腿的可能性，从而避免形成导电回路。
      注意：对于容易移动腿部的儿童，可使用磁共振安全的加重毯子以帮助减少运动。如果儿童选择了磁共振成像用的毛绒玩具（见第3.16.2节），请将玩具交由其手持，并确保其处于舒适体位。提醒儿童在扫描过程中不要移动玩具。为了在扫描期间提供触觉运动反馈，可通过儿童的前额，用医用胶带从头线圈基座的一端延伸至另一端进行固定，该方法已被证明可减少扫描过程中的头部运动。19.
    16. 接下来，告诉孩子他们将要戴上用于获取脑部图像的专用头盔（或超级英雄头盔），并安装头部线圈。
    17. 头线圈安装就位后，告知儿童“脑部扫描仪的床”将被抬升。
    18. 当扫描仪床处于初始位置时，装上镜子并进行调整，使儿童能够通过屏幕检查看到完整屏幕（参见 图4）。询问儿童在屏幕上看到了哪些动物/颜色，并确保他们说出所有图像的名称。
      注意：年幼儿童可能无法理解询问其是否能看到整个屏幕时的含义，因此此步骤对于确保儿童在扫描过程中能够看到整个屏幕至关重要。
    19. 在将儿童送入扫描仪之前，询问他们是否还有最后的问题，确保他们感到舒适，并提醒他们保持静止，不要交叉手臂或双腿。
    20. 提醒儿童，整个扫描过程中都会有研究团队成员留在房间内，并且每次“拍照”之间都会与他们进行确认。同时提醒他们用语言回答，而不是点头。
      注意：将儿童放入扫描仪后，必须始终在屏幕上显示一些内容以供其观看，并在扫描序列的间隙通过耳机持续与其交谈。这可以减少儿童的移动，因为当儿童在扫描仪中看不到任何东西且无法确定接下来会发生什么时，容易变得焦躁不安。
  3. 扫描室中辅助人员（扫描伙伴）的职责
    1. 扫描过程中应靠近扫描仪孔径，密切监测受试儿童的运动情况和警觉状态。除非儿童出现不适，应避免在扫描过程中对其进行不一致的肢体接触，因为这通常会促使他们向下看，导致头部运动。
      注意：身体接触在防止儿童移动方面的有效性因人而异，但采用“全或无”的策略效果较好。对于在扫描仪中表现良好或因身体接触反而移动的儿童，扫描期间不应提供任何身体接触。对于在扫描仪中感到焦虑、除非得到某种安抚否则容易移动的儿童，应持续施加压力，例如用手按住其脚踝，或用前臂压住双侧脚踝。如有必要，扫描助手也可身体前倾进入扫描孔，并在扫描全程将手放在儿童腹部。
    2. 扫描开始后，应避免在磁孔内过度移动，以减少磁场不均匀性，防止产生图像伪影。
    3. 在扫描序列之间进行转换时，若设置时间特别长，可由控制室的研究人员或操作员与儿童交谈，以帮助其过渡。这能让儿童意识到自己在扫描室内并不孤单，从而减轻焦虑情绪。除非必要，应避免由扫描助手与儿童交谈，因为这很可能导致儿童低头，造成头部移动。
    4. 在相关信息即将发生时，以简短、分段的方式向儿童传达信息，避免使其感到不知所措。例如，当研究人员正在准备功能扫描时，可告知儿童：“我们现在要为你设置游戏/电影了，开始前会马上告诉你。”设备准备就绪后，再提供游戏/电影的具体指示，并在扫描即将开始前提醒儿童保持不动。
    5. 关注儿童的需求。例如，如果他们在扫描过程中感到寒冷，应为其盖上毯子；如果感到过热，则应取走毯子。
    6. 如有需要停止扫描的情况（如儿童想要离开、儿童移动了头部线圈上的镜子等），向控制室内研究人员发出信号。确保所有工作人员均理解并事先约定好相关信号。
    7. 确保儿童保持清醒并专注于屏幕以完成功能任务。
  4. 控制室
    1. 通过耳机与儿童交流，告知他们第一张脑部图像扫描即将开始，他们将开始听到“脑部相机的声音”。提醒他们保持静止、放松，并尽最大的努力遵守指令（参见 图2F）。如果第一个序列是结构扫描（提供静态解剖学信息的序列），请播放孩子预先选定的电影。
    2. 结构扫描：为儿童播放电影并开始扫描。扫描结束后检查图像质量，以确定是否需要重新扫描。
      注意：如果儿童在观看电影时保持专注且身体静止，可考虑连续进行多个结构序列扫描而不中途暂停确认。这有助于减少头部运动以及儿童的焦虑情绪。
    3. 功能扫描：对于基于任务的功能扫描，加载任务程序，并通过耳机向儿童提供相关指导说明。提醒他们在完成任务过程中保持静止不动。
      注意：在任务加载时与儿童交谈，以保持其参与度和静止状态，因为任务设置期间的空闲时间可能导致无聊和/或焦虑7如果儿童在扫描过程中有哪怕几秒钟无人与其说话，他们很可能会移动身体和/或要求终止扫描。需注意常见问题，例如儿童在任务过程中入睡、在任务中说话（会引起运动）、扫描中途要求添加或移除毯子、因瘙痒而随之移动、在任务期间看向房间内的研究人员而非屏幕、以及在扫描过程中伸手触碰并移动反射镜，后者可能影响其可视屏幕范围。对于年幼儿童而言，在不引起运动的前提下获取按钮反应极为困难。可考虑采用简单的口头反应配合稀疏扫描，或以眼动反应作为替代方案。20,21.
    4. 尽可能灵活地调整扫描顺序。
      注意：例如，对于年幼儿童，可优先选择以任务为基础的扫描序列，以利用他们在扫描开始阶段更高的参与度。然而，如果某位儿童表现出明显焦虑，则建议首先进行解剖像扫描，期间可允许其观看自选影片。
    5. 请注意，如果未能获得可用的结构像数据，任务态和静息态数据可能也无法使用。在扫描过程中，需兼顾儿童的个体需求，并优先采集研究中最关键的序列，因为随着扫描时间的延长，后续序列可能无法成功获取。
      注意：如果某个序列或任务无法运行并需要故障排除，请戴上 皮克斯 播放简短的动画片段或其他短小的动画视频，以保持儿童静止并集中注意力。通过耳机向儿童传达任何变化，使其了解接下来的情况。例如，若功能任务出现问题，可说：“我们目前在启动你的游戏时遇到一点问题，因此在再次尝试前，会先为你播放一个简短的影片。”
    6. 对于可通过软件进行运动监测的序列，需确保儿童的运动程度符合预设的可接受运动阈值。对于无法使用软件监测的情况，应通过视觉检查判断序列是否需要重新扫描（例如图像清晰度、是否存在条带或条纹、伪影等）。
    7. 准备一份质量评估指南，以确定序列是否需要重新运行。
    8. 清晰记录扫描顺序、每个序列的运行次数以及会话期间的任何方案偏离情况，因为分析数据时应考虑这些因素。
  5. 扫描完成后
    1. 最终序列运行结束后，通过耳机告知儿童扫描已全部完成，操作员将进入扫描室将其带出。提醒儿童在操作员允许之前保持静止不动。
    2. 让扫描助手协助确保儿童在适当的时间内保持在扫描仪中。
    3. 给予孩子积极的反馈，告诉他们表现得很好，并感谢他们的努力！
    4. 如果条件允许，在儿童离开扫描仪后，向他们展示其大脑的图像，并给予一个小奖品或礼物。

动物协调活动示意图，带有彩色圆圈和角落的卡通动物。
图3：儿童进入扫描仪后示例屏幕检查。请让他们说出所能看到的所有动物/颜色。如果他们能够说出所有动物/颜色，则说明他们可以看到整个屏幕。如果不能，请调整镜子后再次询问，直至其能说出所有动物/颜色为止。请点击此处查看此图的放大版本。

结果

扫描成功率
采用上述详细步骤可在年幼儿童中成功获取磁共振成像（MRI）扫描数据。以下结果来自同一实验室四项神经影像学研究样本的事后分析，参与者年龄范围为3至8岁（N = 344）。此外，其中三项研究（研究1、研究2和研究4）包含纵向成分，参与者以6个月或1年为间隔被召回。研究1已完成22,23，研究2正处于数据分析阶段，研究3和研究4的数据收集仍在进行中。请注意，所有图表中的成功率均基于前来进行扫描的家庭数量计算得出，因此这些数据不包含拒绝参与MRI或未按预约前来就诊的家庭。研究1和研究2通常以儿童观看《Inscapes》24（一部持续7分钟、抽象且无语言的影片，旨在吸引儿童注意力，同时避免过高认知负荷）开始，随后播放儿童自选影片。研究3通常以一项任务开始，随后播放儿童自选影片；研究4通常以儿童自选影片开始，随后播放《Partly Cloudy》25。图4总结了不同参与者及时间点的扫描成功率，成功定义为至少获得一次可用的扫描数据（即被纳入后续分析的数据）。该图旨在突出本方案在获取年幼儿童神经影像数据方面的整体有效性。特定序列的成功率，包括结构扫描与功能扫描之间的区分，详见表1、表2和表3。总体而言，大多数参与者均提供了可用数据，大多数不可用的扫描会话集中在最年幼的参与者中。

年龄与时间点散点图；研究1-4的数据质量可视化，突出显示可用性。
图4：四项研究中的年龄分布及纵向MRI扫描会话情况。每个子图代表一项研究（研究1-4）。每个数据点表示一名参与者的MRI扫描会话，按时间点（x轴）和年龄（y轴）绘制。颜色表示会话类型：绿色 = 获取了至少一次可用的扫描数据，红色 = 获取的扫描数据质量较低，灰色 = 未获取可用的扫描数据。黑色水平线连接同一参与者的不同会话，展示纵向数据采集情况。请点击此处查看该图的放大版本。

表1展示了按年龄组划分的参与者在首次时间点及后续时间点的结构扫描成功率（至少获得一次可用扫描）。首次时间点的成功率总体较高，但在最年轻的组别中最低（3-4岁组为87%）。相比之下，所有5岁及以上的参与者均成功完成了首次结构扫描。在后续时间点，最年轻组别的成功率略有下降（降至83%），5-6岁组的成功率也从100%下降至91%。这些结果可能部分反映了数据噪声，因为在后续时间点的3-4岁儿童人数（n = 18）少于首次时间点（n = 98），而5-6岁儿童在首次时间点的人数（n = 39）也少于后续时间点（n = 83）。然而，也可能存在其他影响因素。年幼儿童通常随年龄增长表现改善，但如果未改善，他们可能对初次扫描过程记忆不深，从而在后续扫描中产生更高的焦虑情绪。较大儿童的表现通常保持稳定，但表现下降可能源于对先前困难经历的记忆，导致依从性降低。另一种可能是，表现变差反映了儿童对扫描环境更加熟悉，以至于不再重视保持静止的要求。然而，由于本研究未测量儿童对以往扫描经历的主观感受，这些解释仍属推测性质。

3–4 岁4–5 岁5–6 岁6–7 岁7–8 岁8–9 岁总计
时间点 1
计划访问次数9810539423030344
进入扫描仪的儿童人数899939423030329
因害怕未能进入扫描仪的儿童人数97000016
成功完成结构扫描的儿童人数779439423030312
结构扫描成功率87%95%100%100%100%100%95%
后续时间点
计划访问次数185282473334266
进入扫描仪的儿童人数184882473334262
因害怕未能进入扫描仪的儿童人数0400004
成功完成结构扫描的儿童人数154675473234249
结构扫描成功率83%96%91%100%97%100%95%

表1：按年龄组划分的首次及后续时间点的结构扫描完成情况与成功率。 该表格显示了计划访问次数、进入扫描仪的儿童人数、因恐惧而拒绝扫描的人数以及成功完成结构扫描的人数。百分比表示相对于进入扫描仪的儿童人数，成功扫描所占的比例。

研究1和研究2还包含一项使用Inscapes的功能性无任务静息态扫描序列，Inscapes是一种抽象且无语言内容的影片，旨在吸引儿童注意力，同时避免认知负荷过高24。表2展示了参与者首次接受该任务时的成功率及其后续时间点的成功率。在所有年龄段中，参与者首次扫描时该任务的成功率均低于结构像扫描。此外，六岁似乎是表现变化的一个转折点：六岁以下儿童的成功率普遍较低（平均成功率为58%），而六岁及以上儿童的表现显著更好（平均成功率为82%）。在后续时间点，三至六岁组的表现有所提升（平均成功率为65%），而六至九岁组则保持了更稳定的表现（85%）。

3–4 岁4–5 岁5–6 岁6–7 岁7–8 岁8–9 岁总计
时间点 1
计划访问次数277333423030235
进入扫描仪的儿童人数257033423030230
因过于害怕而未进入扫描仪的儿童人数2300005
尝试“无任务”序列的儿童人数247033413030228
成功的“无任务”功能扫描次数（在 0.3 mm 条件下，剔除比例 ≤0.2）144318342425158
成功的“无任务”功能扫描比例（在 0.3 mm 条件下，剔除比例 ≤0.2）58%61%55%83%80%83%69%
后续时间点
计划访问次数22669463334210
进入扫描仪的儿童人数22668463334209
因过于害怕而未进入扫描仪的儿童人数0010001
尝试“无任务”序列的儿童人数22666443333204
成功的“无任务”功能扫描次数（在 0.3 mm 条件下，剔除比例 ≤0.2）21039362631144
成功的“无任务”功能扫描比例（在 0.3 mm 条件下，剔除比例 ≤0.2）100%38%59%82%79%94%71%

表2：按年龄组划分的首次时间点及后续时间点“无任务”功能扫描的完成情况与成功率。 该表格显示了计划访问次数、进入扫描仪的儿童人数、因恐惧而拒绝扫描的人数，以及成功完成的“无任务”功能扫描次数。成功定义为在0.3 mm条件下剔除比例≤0.2。百分比表示相对于尝试该扫描的儿童人数中成功扫描所占的比例。

研究1和研究3均包含了基于功能任务的扫描。在研究1中，参与者在时间点1处编码了一系列物体-人物配对；而在研究3中，参与者被动观看在扫描会话开始前立即于扫描仪外编码的物体图片。不出所料，该任务的成功率低于结构扫描的成功率。这可能是因为这些任务没有音频，仅由静态图像逐一呈现，相较于儿童为结构扫描所选择的电影，其吸引力较低。

3–4 岁4–5 岁5–6 岁6–7 岁7–8 岁8–9 岁总计
计划访问次数156235423030214
进入扫描仪的儿童人数136035423030210
因害怕未能进入扫描仪的儿童人数2200004
尝试完成任务序列的儿童人数12171120231396
成功的基于任务的功能扫描次数（在 0.3 mm 条件下，剔除比例 ≤0.2）79614131059
成功的基于任务的功能扫描比例（在 0.3 mm 条件下，剔除比例 ≤0.2）58%53%55%70%57%77%61%

表3：按年龄组划分的首次时间点“基于任务”功能扫描的完成情况与成功率。 该表格显示了计划访问的次数、进入扫描仪的儿童人数、因恐惧而拒绝扫描的人数，以及成功的“无任务”功能扫描人数。成功定义为在0.3 mm条件下剔除比例≤0.2。百分比表示相对于尝试该扫描的儿童人数中成功扫描所占的比例。

这些结果凸显了在年幼儿童中开展基于任务的功能性磁共振成像研究所面临的相关挑战。研究4尝试采用一种被动观看电影的范式来改善这一问题，即让3至5岁的儿童在扫描仪中观看皮克斯动画短片《部分 cloudy 》，并在扫描结束后回答与记忆相关的问题。在第一个时间点的61名儿童中，有50名（82%）提供了可用的数据。该研究的数据采集仍在进行中，但在后续时间点的64个参与者数据点中，已有56个（88%）成功获取数据。这些成功率明显高于使用无任务的静息态扫描以及基于静态图片的区块设计任务范式在同一年龄组中所观察到的结果。这些结果说明，采用符合儿童发育水平且对儿童友好的任务设计，对于确保扫描过程的成功至关重要。

扫描准备时间与数据采集时间
图5 展示了在扫描仪中安置受试者所需的平均时间（从其进入控制室开始计算）以及他们在扫描仪中停留的平均时间。在不同研究和年龄组之间，准备时间相对稳定，通常在10至20分钟之间。然而，总的扫描内时间则表现出更多与具体研究相关的特点。在研究1和研究2中，无论年龄如何，儿童在扫描仪中的停留时间大致相同。但在研究3中，年幼儿童在扫描仪中的时间似乎比年长儿童更短，这可能反映了随着年龄增长，儿童对扫描环境及特定任务要求的耐受性提高。值得注意的是，研究3包含了一项基于静态图像的组块设计功能任务，这对年幼儿童而言是一种特别具有挑战性的范式。研究4则呈现出相反的模式：年幼儿童在扫描仪中停留的时间往往比年长儿童更长。这可能反映出对年长儿童进行扫描的效率更高，因为他们更有可能在首次尝试时就提供可用的数据。例如，研究4包含了一项高分辨率海马结构扫描，该扫描对运动极为敏感；年幼儿童通常需要多次扫描才能获得可用的数据集。

不同年龄组扫描时间比较；柱状图；MRI扫描方案研究；对照组与扫描环境。
图5：按年龄组划分的准备与扫描时间。每个图板代表一项研究（研究1-4），显示不同年龄范围的平均时间（±标准差）。绿色柱表示从进入控制室到在扫描仪中完成准备的时间，紫色柱表示总的扫描仪内时间。图中标题包含每项研究的扫描方案持续时间。请点击此处查看此图的放大版本。

图5 说明了时间安排如何影响扫描成功率的两个重要方面。首先，准备时间包括上述方案第3.2节中的所有步骤。在本节中，与其他部分相比，尤为强调耐心的重要性。额外花费时间让儿童探索扫描环境，对实现本文所报告的高成功率起到了重要作用。 表1，表2 和 表3因此，研究人员应预留约15至20分钟用于为幼儿准备扫描，这一时间可能与扫描婴儿、较大儿童及成人时的预期有所不同。其次，尽管该年龄段的扫描方案通常持续约30分钟，但实际数据采集时间大约需要两倍于此。如方案中所述，这可能是由于需重复进行不符合要求的扫描，直至达到适当的运动控制/图像质量阈值，和/或在扫描间歇安排休息，以确保儿童处于舒适状态。

补充表1：扫描参数。 请点击此处下载该文件。

讨论

自从磁共振成像（MRI）被引入研究领域以来，其在学龄儿童、青少年和成人脑部研究方面极大地推动了人们的理解。本文展示的数据表明，通过采用适合儿童的扫描方案，许多针对低龄儿童扫描的障碍均可被克服。充分的准备工作至关重要：向家长提供适合儿童的MRI相关材料，安排较长时间的模拟扫描训练，解答家长和儿童的疑问，并建立良好的沟通与信任关系，这些措施均能显著提高扫描成功的可能性。

然而，即使准备充分，在方案的各个阶段保持灵活性仍然至关重要。尽管本方案概述了为儿童进行结构和功能扫描会话做准备的主要步骤，但这些步骤在不同参与者之间很少以完全相同的顺序或完全相同的方式进行。例如，特别焦虑的儿童可能更受益于先观察一名研究助理进入扫描仪的过程，或先从结构扫描结合其偏好的电影开始，然后再尝试要求更高的基于任务的扫描或被动观看电影的扫描。相反，注意力控制能力较弱的儿童可能更适合从基于任务的扫描开始，以利用他们在会话初期集中注意力的能力。一些儿童在扫描过程中无需任何身体接触即可保持静止，而另一些儿童则需要持续的身体接触。此外，有些儿童在父母深度参与所有步骤时表现更好，而另一些儿童则在父母参与较少时表现更佳。因此，必须在扫描会话前及过程中尽可能了解每个儿童的个体情况，以便根据其需求定制扫描体验。这种灵活性有助于在尊重每个儿童舒适度的前提下，最大限度地提高获得可用数据的可能性。这些考虑在多中心队列研究和共享的发育神经影像数据集时代尤为重要。分析这些数据的研究人员可能没有直接采集幼儿磁共振成像（MRI）数据的经验，因此可能不了解影响数据质量的关键因素。例如，某次扫描是首次尝试还是在先前失败后的后续尝试，以及扫描顺序和会话中的决策如何在不同参与者之间变化，都会对后续分析产生重要影响，因为儿童在重复观看时可能以不同的方式处理刺激26。通过记录成功对幼儿进行扫描所需的准备、灵活性和实时判断，本方案旨在提高这些数据采集过程的透明度。这些信息可能帮助二次数据使用者更好地理解数据质量的变异性，并充分认识儿科神经影像采集过程中所涉及的专业知识和努力。

功能磁共振成像（fMRI）因其能够将大脑活动与特定的认知过程联系起来而变得尤为有价值，通常通过让受试者在扫描仪中执行任务来实现。然而，大多数fMRI研究集中于年长儿童（8岁及以上）和成人，因为从年幼儿童中采集基于任务的数据存在显著的方法学挑战27。为应对这一问题，研究人员采用了"无任务"方法，即让年幼儿童被动观看抽象的、非语言的影片，这些影片旨在减少头部运动，同时不施加较高的认知负荷24。然而，这些影片可能在幼儿期无法稳定地吸引受试者的注意力，且无法针对性地考察支持特定认知过程的功能网络。注意力不集中会导致扫描过程中出现显著的运动伪影，进一步降低数据的可用性。

研究结果表明，儿童神经影像学领域既取得了进展，也仍面临挑战。结构像扫描通常与儿童自选的电影相结合，能够获得最高比例的可用数据。无任务的静息态扫描——即无语言或叙事的抽象电影——成功率较低，而现有的要求儿童关注静态图像的任务态功能性磁共振成像（fMRI）则成功率最低。因此，研究人员必须创造性地设计出足够吸引儿童注意力的任务，以减少头动，同时又能充分采集到足以稳健表征目标认知过程背后神经机制的数据28,29。尽管开发具有有趣角色和情境的、引人入胜的自然主义电影刺激材料比传统的抽象非语言电影需要更多努力，但这可能是提高该年龄段功能扫描成功率和数据可用性的最佳路径。这一方法与近期研究结果一致，后者表明在预测行为方面，观看自然主义电影的表现优于静息态30。此外，与使用静态图像的传统任务相比，观影范式具有优势，因为它更接近真实世界中认知过程的实际展开方式。例如，在有意义的叙事背景下对角色所承载信息的编码，比孤立呈现或叠加在静态背景上的静态图像的编码更能反映日常学习过程。与此同时，如果研究问题需要分离特定的认知过程，则任务态范式在设计上若符合儿童发展水平、高度吸引人且持续时间较短，仍可能是可行的。例如，已有研究在传统fMRI任务中成功获取了儿童的行为反应，其成功可能得益于使用了视听刺激，这有助于维持儿童的参与度，即使图像本身是静态的31。

然而，需要再次强调的是，这些结果来自一个实验室，因此不应将其解读为儿科神经影像成功率的规范性标准或整个领域的基准。随着方法、技术和培训实践的不断发展，不同实验室、不同方案以及不同时期的被试保留率和数据可用性预计会有所差异。此外，实验室内部的变异性不仅可能反映与儿童或任务相关的因素，还可能反映出数据采集团队经验的积累，因为随着实践经验的增加，研究人员在实施方案时的信心以及在实时情境中做出恰当判断的能力也会随之提升。分享这些结果的目的在于展示不同扫描序列类型和年龄组之间扫描成功率的变异性，以引起对早期儿童神经影像数据采集改进方向的关注。

本文提供了一套从受试者招募到数据采集的儿童神经影像学综合实验方案。与以往的方案不同，本方案强调在扫描会话前即可开展的准备工作，以减轻儿童及其家长对磁共振成像（MRI）的焦虑情绪（即在招募和预约阶段进行干预）。此外，本方案还针对从参与者获取不同扫描序列数据时的重要注意事项进行了阐述——为成功采集基于任务的功能性扫描数据与解剖学扫描数据，需采取不同的操作策略。这一点尤为重要，因为研究表明，功能性的神经特征很可能受到大脑基础结构特性的塑造32,33，这表明现有文献中观察到的结构变化可能与正在发展的功能特性相互作用，共同支持认知发育。此外，在早期童年阶段研究这些过程尤为关键，因为这一发育时期是多种重要脑结构和认知领域发展的转折点。最终，优化儿童神经影像学实验方案将有助于更准确地描绘大脑与行为在发育过程中的关系，并为存在神经发育障碍风险的儿童提供早期干预依据。

披露

作者声明无已知的利益冲突。

致谢

本研究得到了美国国立卫生研究院（资助号 HD079518、HD094758、HL164628、DA055316、HL164628）、美国国家科学基金会（BCS 1749280）以及安·G·威利博士论文奖学金（Ann G. Wylie Dissertation Fellowship）的支持。我们感谢参与本研究中所呈现工作的各个家庭。同时，我们感谢神经认知发展实验室的成员在数据招募与收集方面所做的贡献，以及三位匿名审稿人提供的有益评论。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
帧间整合实时 MRI 监测（FIRMM）图灵医疗https://turingmedical.com/firmm/可用于MRI扫描期间的实时运动监测软件
模拟 MRI 扫描仪MRAhttps://www.mra1.com/用于采集儿童大脑结构和功能图像的设备的非磁化复制品
MRI 扫描仪西门子TrioTim: https://www.siemensmriequipment.com/siemens-magnetom-trio-a-tim-system-3t-mri-system/ 
Prisma：https://www.siemens-healthineers.com/magnetic-resonance-imaging/3t-mri-scanner/magnetom-prisma		用于从儿童获取结构和功能脑成像的实际设备。本研究使用了西门子MAGNETOM TrioTim和西门子MAGNETOM Prisma Fit扫描仪。 
PigPigPen 儿童宠物便携式弹出式游戏隧道帐篷，适用于幼儿、婴儿或狗狗，室内使用 & 儿童户外玩具后院游乐套装（红色、黄色、蓝色）QC玩具（通过亚马逊购买）ASIN: B08CX8CSHS
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幼儿-户外-后院-游乐设施
/dp/B08CX8CSHS/ref=sr_1_1_sspa
?crid=TMOEHG3ZTIQE&dib=eyJ2
joiMSJ9.KGpH71dFbEqINLzxRIF4R
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请提供需要翻译的源文本内容。当前提供的源文本为无效字符“QffUCJ2jBTGCkJkZkzuzg02Kp2Kv”，无法进行翻译。
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&织物、游戏、调音
nel&&qid=1766335944&&sprefix=%2C
aps%,67&sr=8-1-spons&sp_csd=
d2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY&&th=1		一种由织物制成的圆柱形游戏隧道，可用于模拟在 MRI 扫描仪中的体验 

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