小児神経イメージングプロトコル、ガイドラインと手順 - MRイメージングチャイルドプレイを作る

小児の神経画像撮像を行おうとする研究者や臨床医は、数多くの課題に直面します。その一部を挙げると、子供の被験者にはモチベーションの維持、覚醒状態の確保、および協力体制が必要となります。また、不安感への対応も追加的な要因となる可能性があります。

研究者や臨床医は、時間の制約、身体動作の制限、スキャナーの特性、背景ノイズ、およびMRスキャナー環境への不慣れさを考慮する必要があります。推奨されるプロトコルには、一般的な検査ガイドラインおよびRI（放射性同位元素）特有のアプローチが盛り込まれており、準備、トレーニング、fMRI実験を含む以下の手順を通じて、研究者と臨床医の両方を画像撮影セッション中に導くことを目的としています。こんにちは、私はボストン小児病院の認知神経科学研究所にあるGOB LabのNARA Rush LEです。

こんにちは、GO Labのミシェル・リーです。そして、ナディーン・ガブです。今日は、小さなお子様を対象とした小児神経イメージングセッションがどのように行われるかをご紹介します。

過去10年間で、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は、ヒトの脳の典型的および非定型的な発達を非侵襲的に探索するための重要な研究ツールへと成長しました。しかし、子供、特に幼稚園や就学前年齢のような低年齢層におけるfMRIは、多くの実用的および技術的な課題を伴います。本プロトコルは、研究および臨床目的の両方において、構造的および機能的MRIに有用です。

それでは始めていきましょう。小児集団を対象としたすべての検査セッションと同様に、幼児と接する際の最適な方法に関する一般的なガイドラインと推奨事項を考慮することが重要です。特に、幼児を対象としたニューロイメージングセッションにおいては、快適さ、適切さ、そしてモチベーションの維持が極めて重要になります。例えば、セッションを成功させるためには、小児ニューロイメージングセッション中に使用する用語や手法を慎重に選択する必要があります。

子供に適した技術用語を選択し、特定の表現を避けることが推奨されます。例えば、「MRスキャナー」の代わりに「脳のカメラ」、「ヘッドコイル」の代わりに「ミラーホルダー」、「スキャナーの動作音」の代わりに「カメラのクリック音」や「背景ノイズ」などの言葉を使用することができます。狭い空間での撮影セッションに備え、参加する家族には印刷物やオンラインメディアを通じて、年齢に応じた説明を含む情報が提供されます。これにより、参加者は研究内容を事前に把握することができます。神経画像撮影セッションは、模擬スキャナーエリアから開始されます。

参加者に家族や兄弟、友人を招待してもらうことは、ニューロイメージングセッション中の積極的な参加を促すための一つの方法です。コール、あなたもここに来ませんか。モックスキャナーエリアは、実際のMRI室とMRスキャナーを再現したものです。

模擬スキャナーは、実際のMRスキャナーの外観と発生する背景ノイズを再現しており、狭い空間での撮像セッションを開始するのに最適な場所です。理想的には、この部屋には実際のMRI室と同様に、実験固有の応答ツールを含む設備が整っていますが、静磁場は存在しません。そのため、ぬいぐるみを置いたり、いくつかの玩具を配置したりすることで、より子供に優しい環境にすることができます。ただし、子供の注意をそらさないよう、玩具を置きすぎないようにしてください。

そして、親や兄弟には子供サイズの椅子とテーブルに座ってもらいます。まず、書類の内容を確認してください。これにより、NI撮像セッションの範囲を明確にすることができます。同意書やアセントフォーム、MRスキャナーのスクリーニングフォームなどの機関審査委員会（IRB）の書類を必ず確認し、払い戻しの手続きについて説明してください。デジタルカメラを使用して、MRスキャナーの仕組みを説明してください。

鮮明な写真とぼやけた写真を用いて、画像の取得における動きによる悪影響を実証します。「フリーズ・ゲーム」を行い、不要な動きがどのようなものであるか、あるいは頭部の動きをどのように最小限に抑えるかを実演します。このゲームでは、子供に短時間、じっと静止してもらう必要があります。

わあ、10秒間もじっと動かずにいられましたね。すごいですね。実験タスクを開始する前に、まずは短くて楽しいアクティビティから始めることができます。この実験では、神経イメージングセッションに子供向けのテーマを取り入れています。

子供たちは、短い映画で導入される宇宙船のアドベンチャーに参加します。映画に登場するキャラクターが、「ゲーム」と呼ばれるニューロイメージングタスクを通じて子供たちを案内します。ストーリーラインには、MRスキャナーの特徴が組み込まれています。

例えば、MRスキャナーを宇宙船に見立て、スキャナーの背景ノイズを宇宙船のエンジン音であると想定します。まずはヘッドホンを使用して2つの例を試してから、中に入りましょう。モックスキャナーの使用手順は、段階的に組み込まれています。

まず、子供が模擬スキャナーベッドに座り、画面に実験タスクのビデオ指示が表示されます。すべての子供がコンピュータに慣れているわけではないため、実験タスク中のスクリーンショットのプリントアウトを子供に見せても構いません。子供が模擬スキャナーベッドに座った状態で指示を理解していることを確認するため、実験タスクの最初のいくつかの例題を解き始めます。

研究チームの助けを借りて、援助を受けながら実験課題の最初の数例を解いた後、次のトレーニング項目を実際のfMRI実験の提示速度に合わせてリアルタイムで提示します。その後、スキャナーの背景ノイズを録音したCDを再生し、子供にヘッドフォンを装着させることで、負荷を高めます。

最後に、子供は模擬スキャナーの中で、スキャナーの再生音や背景ノイズを聴き、必要に応じてヘッドホンを装着した状態で実験タスクを行います。実際のfMRI実験において、両手に1つずつボタンを配置するなど複数の応答ツールを使用する場合は、どちらのツールがどの回答に対応するかを明確にしてください。子供は左右の区別がついていない可能性があるためです。

指示に従わず、右側のボタンを押してください。指示が「モンキーボタンを押してください」に変更されました。準備はいいですか？

fMRI実験に進む前に、研究チームは子供のパフォーマンスを観察し、実験タスクが理解されているかを確認します。トレーニング項目に問題なく対応できた場合、研究チームは次のステップへと進みます。

そうでない場合は、実験タスクの完了を促すために、指示とトレーニング項目を繰り返します。トレーニング中は、後で子供がMRスキャナー内で実験を行う際に使用する、伝統的なステッカーチャート（シール表）を利用しても構いません。「よくできましたね」と声をかけます。

子供向けゲームの「すごろく（Shoots and Ladders）」を模したバーチャル・ステッカーチャートを使用し、参加者は家に戻るためにさまざまなゲームをクリアしなければなりません。このバーチャル・ステッカーチャートは、子供への報酬となるだけでなく、各実験ランの後に研究チームが準備を行う時間を確保する役割も果たします。次のランに備え、トレーニングセッションを通じて、ニューロイメージングセッション中に脚を軽く押されることが、頭を動かしすぎているという合図であることを子供に教えます。

この信号は、トレーニング後の実際のfMRI実験中に、付き添い者が子供とコミュニケーションをとる手段として利用できます。短い休憩を設けることを推奨します。この休憩時間は、子供と一緒にサイコロゲームをして過ごすことができます。

サイコロゲームの結果を利用して、実験タスクの順序をランダム化することができます。そこで、次のステップとして5つのAを提示していただけますか？ 最も重要なルールについては、2つか3つの要点に絞って子供に繰り返し伝えます。

幼い子供の記憶への負担を最小限にするため、セッションを通じてこれらの点を繰り返し伝えてください。MRセッションを終了するためのトレーニング中に、子供が実験への参加にためらいを感じる場合があることに注意してください。そのような場合は、速やかに休憩を提案し、子供の不安を解消するようにしてください。

不安を感じている子供がMRI環境に慣れるための戦略として、一連のさまざまなゲームを取り入れることが考えられます。例えば、子供に模擬スキャナーのトンネルの中を這わせてみることなどが挙げられます。また、模擬スキャナーや実際のスキャナーの中にぬいぐるみを設置することも有効です。

ぬいぐるみ Mock スキャナーに入っている間に、バックグラウンドノイズと手順を同時に体験させることができます。同様に、子供自身が入る前に、研究チームのメンバーが Mock スキャナーに入るのを手伝わせることも可能です。最後に、研究チームが MR スキャナー室のセットアップを行い、すべての機器を準備している間、子供と家族に短い休憩時間を設けてください。

トレーニングセッションと家族の短い休憩の後、子供が実際のMRI室へスムーズに移動できるよう配慮しながら、fMRI実験を開始します。子供には研究スタッフが付き添い、金属部品が含まれていない場合に限り、親や子供のお気に入りのぬいぐるみを持っていくことができます。

fMRI実験を開始する前に、子供が鉄含有物を身に着けていないか確認します。ハンドヘルド金属検出器やルブマグネットを使用し、遊びながらスクリーニングを行ってください。「ほら、ここにボタンがあるね」と声をかけながら確認します。

それでは移動しましょう。次に、該当する実験で使用される反応ツールを確認し、子供がその使用方法およびどの反応がどの反応ツールに対応しているかを理解しているか確認してください。視覚化を含む実験の場合は、画面とミラーの配置を確認し、子供が横になった状態で画面をはっきりと見ることができるか確認してください。

聴覚実験では、子供に写真を見せて何が見えるかを尋ねてください。子供に短い文章を聞かせ、その文章を口頭で繰り返させることで、音量を調整してください。「宇宙船の冒険に参加する準備はできているかな？」

MRIスキャナールームにいる全員に必ず耳栓などの聴覚保護具を提供してください。ここで、実際のfMRI実験を開始します。幼い子供の場合、実験時間は理想的には45分から1時間以内に収め、途中に休憩を挟みます。各実験タスクを開始する前に、ビデオによる指示を再度提示します。

バーチャルステッカーチャートは、スキャナー内での検査中の子どもの協力に対する報酬として機能します。MRI室内の研究チームメンバーは、子どもの快適さと体の動きを監視します。これにより、不可欠なコミュニケーションやモチベーションを高めるフィードバックを、子どもに直接伝えることが可能になります。

子供の頭部の動きは、MRI室内にいる研究チームのメンバー、またはMRI室の外で画像取得を監視している研究者が観察することができます。トレーニングセッション中に軽く手で押さえる練習を行うことで、子供に動きすぎていることを知らせます。fMRI実験中に短い休憩を設けることで、子供の快適さを維持することができます。

子供に自身の脳画像を見せることで、モチベーションを維持させることができます。最後に、構造的MRI画像の撮像では、参加者は実験タスクを行うことなく静止して横たわる必要があります。この間、短い映画を視聴させることで、子供を飽きさせないようにすることができます。

推奨される適切な動画の例としては、動物の動画やドキュメンタリーなどが挙げられます。これらは被験者の関心を惹きつけやすく、笑いによる頭部の動きが画像取得中に発生する可能性を低く抑えられるためです。子供が注意力を維持できるよう、各実験タスクは可能な限り短く設定してください。多くの子供にとって最大の課題は、長時間にわたって静止し続けることであるため、学童期またはそれ以下の年齢の子供であっても、最大5分から7分程度の実験タスクであれば遂行可能であることが証明されています。

しかし、実験ランの所要時間は、実験上の制約や被験者集団によって異なる場合があります。子供は画像取得中の動作制限をより容易に受け入れます。この間に取得した画像（子供の脳画像を入れたCDなど）を、家に持ち帰るためのプレゼントとして提供するという説明を行うことで、幼児に適した標準化された検査プロトコルを用いることができ、それによって子供の不安を軽減させるとともに、MRスキャナー内での協力意欲やパフォーマンスに肯定的な影響を与えることが可能です。

その結果、現在のプロトコルを用いることで、データの質だけでなく、参加した子どもたちとその家族の全体的な体験にも好影響がもたらされました。4歳から6歳までの子どもたちのグループにおいて、機能的および構造的な脳画像データを取得することができました。すべての参加児の95%以上が、模擬スキャナー訓練およびfMRI実験を含む、限定的な画像撮影セッションを完了することができました。

本プロトコルで提示したガイドラインおよび手順は、小児の神経画像撮影セッション向けに設計されています。しかし、その一般的原則および挙げられたツールの多くは、身体部位の画像取得など、小児の画像撮影セッション全般に適用可能です。本ビデオレポートでは、覚醒状態の小児に適用するための完全な小児神経画像撮影プロトコルを提示しました。

これにより、神経画像検査を受ける小児に対する鎮静剤や全身麻酔の使用を減らすことが可能になり、EMRIの利用拡大が期待されます。より低年齢層を対象とした研究において、我々は一般的な検査ガイドラインおよびMRI特有のアプローチを組み込み、臨床医および研究者に、小児神経画像セッションの設計および実施方法の一例を提示します。

年少のお子さんを対象とする場合は、手続き全体を柔軟なプロセスにすることが非常に重要です。子ども一人ひとりが自分に合ったペースで進められるよう十分な時間を確保してください。また、研究セッションは子どもに配慮し、年齢に応じた形式で設計し、研究参加者や患者さんの快適さ、適切さ、およびモチベーションを最大限に高めるよう努めてください。以上となります。

ご視聴ありがとうございました。実験の成功をお祈りいたします。