소아 Neuroimaging 프로토콜, 지침 및 절차 - MR 이미징 아동의 놀이 만들기

소아 신경 영상 촬영을 계획하는 연구자와 임상의는 몇 가지만 예를 들어도 매우 다양한 어려움에 직면하게 됩니다. 아동 참가자의 경우 동기 부여, 각성 상태 유지 및 협조가 필요하다는 점이 어렵습니다. 불안 또한 해결해야 할 추가적인 요인이 될 수 있습니다.

연구자나 임상의는 시간 제약, 움직임 제한, 스캐너, 배경 소음, 그리고 MR 스캐너 환경에 대한 생소함을 고려해야 합니다. 제안된 프로토콜에는 일반적인 테스트 지침과 RI 특이적 접근 방식이 포함되어 있으며, 준비, 교육, fMRI 실험을 포함한 영상 촬영 세션 동안 연구자와 임상의 모두를 안내하는 것을 목적으로 합니다. 안녕하세요, 저는 보스턴 어린이 병원 인지 신경과학 연구소 GOB Lab의 NARA Rush LE입니다.

안녕하세요, 저도 GO Lab 소속인 Michelle Lee입니다. 그리고 저는 Nadine Gab입니다. 오늘은 어린 아이들을 대상으로 하는 소아 신경 영상 촬영 세션이 어떻게 진행되는지 보여드리겠습니다.

지난 10년 동안 기능적 자기공명영상(functional magnetic resonant imaging), 또는 줄여서 FMRI는 인간 뇌의 전형적 및 비전형적 발달을 비침습적으로 탐구하는 중요한 연구 도구로 성장했습니다. 하지만 어린이, 특히 유치원 또는 미취학 아동을 대상으로 하는 FMRI는 많은 실질적 및 기술적 어려움이 따릅니다. 본 프로토콜은 연구 및 임상 목적의 구조적 및 기능적 MRI 모두에 유용하게 활용될 수 있습니다.

그럼 시작하겠습니다. 소아 인구를 대상으로 하는 모든 테스트 세션과 마찬가지로, 어린 아이들을 대상으로 하는 최선의 작업 방법에 대한 일반적인 지침과 권장 사항을 반드시 고려해야 합니다. 특히 어린 아이들이 참여하는 신경 영상 세션에서는 편안함, 적절성 및 동기 부여가 매우 중요합니다. 예를 들어, 성공적인 세션을 위해 소아 신경 영상 세션 중에 사용하는 용어와 관행을 신중하게 선택해야 합니다.

아동에게 적합한 기술 용어를 선택하고 특정 표현을 피하는 것이 권장됩니다. 예를 들어, MR Scanner 대신 뇌 카메라, head coil 대신 거울 홀더, scanner 대신 카메라 클릭, background noise 대신 배경 소음 등의 용어를 사용할 수 있습니다. 좁은 공간에서 진행되는 영상 촬영 세션을 준비하기 위해, 참여 가족들에게는 인쇄물이나 온라인 매체를 통해 연령에 적합한 설명이 포함된 정보가 제공됩니다. 이를 통해 참가자들은 연구 내용에 대해 미리 살펴볼 수 있으며, 신경 영상 촬영 세션은 모의 스캐너 구역에서 시작됩니다.

참가자가 가족, 형제자매 또는 친구를 초대하도록 권장하는 것은 신경 영상 촬영 세션 동안의 능동적인 참여를 촉진하는 한 가지 방법입니다. 콜, 당신도 이쪽으로 오세요. 모의 스캐너 구역은 실제 MRI실과 MR 스캐너를 재현합니다.

모의 스캐너는 실제 MR 스캐너의 외관과 발생하는 배경 소음을 재현하므로, 제한적인 영상 촬영 세션을 시작하기에 이상적인 장소입니다. 이상적으로 이 공간은 실제 MRI실과 마찬가지로 실험 전용 반응 도구를 포함한 동일한 장비를 갖추고 있어야 하지만, 정자성 자기장은 없어야 합니다. 따라서 아이들의 주의를 너무 분산시키지 않는 선에서 봉제 인형을 추가하거나 장난감을 몇 개 배치하여 아이들이 보다 친숙하게 느낄 수 있도록 조성할 수 있습니다.

부모와 형제자매가 아동용 의자와 테이블에 앉게 한 후, 우선 서류 작업을 진행하십시오. 이는 NI 영상 촬영 세션의 범위를 명확히 하기 위함이기도 합니다. 동의서 및 승낙서, MR 스캐너 스크리닝 양식과 같은 기관생명윤리위원회(IRB) 서류를 반드시 검토하고, 비용 환급 절차에 대해 안내하십시오. 디지털카메라를 사용하여 MR 스캐너의 작동 원리를 설명하십시오.

선명한 사진과 흐릿한 사진을 사용하여 영상 획득 시 움직임이 주는 부정적인 영향을 보여줍니다. 원치 않는 움직임을 확인하거나 머리 움직임을 최소화하는 방법을 보여주기 위해 '얼음' 게임을 진행하십시오. 이 게임은 아이가 짧은 시간 동안 매우 가만히 있어야 합니다.

와, 10초 동안 움직이지 않고 잘 버텼네요. 대단해요. 실험 과제를 소개하기 전에, 짧고 즐거운 활동으로 시작할 수 있습니다. 본 실험에서는 신경 영상 촬영 세션에 어린이가 친숙하게 느낄 수 있는 테마를 추가하였습니다.

아이들은 짧은 영화로 소개되는 우주선 모험에 참여할 수 있습니다. 영화 속 등장인물들은 아이들이 '게임'이라고 지칭되는 신경 영상 과제들을 수행하도록 안내합니다. 스토리라인에는 MR 스캐너의 특징들이 포함되어 있습니다.

예를 들어, MR 스캐너를 우주선으로 생각하고 스캐너의 배경 소음을 우주선의 엔진 소리라고 할 수 있습니다. 헤드폰을 착용한 상태로 두 가지 예시를 진행한 후 내부로 들어가겠습니다. 모의 스캐너 사용법은 단계별로 통합하여 진행합니다.

먼저, 아동이 모의 스캐너 침대에 앉아 있는 동안 화면에 실험 과제에 대한 비디오 안내 영상이 상영됩니다. 모든 아동이 컴퓨터 사용에 익숙한 것은 아니므로, 실험 과제 수행 중에 스크린샷 출력물을 아동에게 보여줄 수 있습니다. 아동이 모의 스캐너 침대에 앉은 상태에서 지침을 정확히 이해했는지 확인하기 위해, 아동은 실험 과제의 처음 몇 가지 예시 문제를 풀기 시작합니다.

실험 과제의 처음 몇 가지 예시를 수행하며 연구 팀의 도움을 받아 문제를 해결한 후, 실제 fMRI 실험의 제시 속도에 맞춰 다음 훈련 항목들이 실시간으로 제시됩니다. 그 다음, 녹음된 스캐너 배경 소음이 담긴 CD를 재생하고 아동의 머리에 헤드폰을 씌워 요구 수준을 높입니다.

마지막으로, 아동은 모의 스캐너 내부에서 스캐너 재생 및 배경 소음이 포함된 상태로, 필요한 경우 헤드폰을 착용한 채 실험 과제를 수행합니다. 실제 fMRI 실험 중에 양손에 각각 버튼을 두는 것과 같이 두 개 이상의 응답 도구를 사용하는 경우, 아동이 좌우를 구분하지 못할 수 있으므로 어떤 응답 도구가 어떤 답변에 해당하는지 명확히 안내해야 합니다.

지침 대신 오른쪽 버튼을 누르십시오. 지침이 원숭이 버튼을 누르는 것으로 변경되었습니다. 준비되셨습니까?

fMRI 실험으로 넘어가기 전에, 연구팀은 아동의 수행 능력을 관찰하여 실험 과제를 이해했는지 확인합니다. 훈련 항목들을 문제없이 완료할 수 있다면, 연구팀은 다음 단계로 진행합니다.

그렇지 않을 경우, 실험 과제를 완수하도록 독려하기 위해 안내 사항과 훈련 항목을 반복하십시오. 아이가 나중에 MR 스캐너 내부에서 실험을 수행하는 동안 훈련 과정에서 전통적인 스티커 차트를 사용할 수 있습니다. 아주 잘했습니다.

참가자가 집으로 돌아가는 길을 찾기 위해 다양한 게임을 완료해야 하는 어린이 게임 '뱀과 사다리(shoots and ladders)'를 본떠 설계된 가상 스티커 차트가 사용됩니다. 이 가상 스티커 차트는 아동에게 보상을 제공하는 동시에, 각 실험 회차 후에 연구팀이 다음 회차를 준비할 수 있는 시간을 제공합니다. 다음 회차를 준비하기 위해, 훈련 세션을 통해 신경 영상 촬영 세션 중 다리를 가볍게 누르는 것이 머리를 너무 많이 움직이고 있다는 신호임을 아동에게 교육하십시오.

이 신호는 이후 실제 fMRI 실험 중에 교육이 끝난 뒤 보조자가 아이와 소통하는 방법으로 사용될 수 있습니다. 짧은 휴식을 권장합니다. 이 휴식 시간에는 아이와 함께 주사위 게임을 할 수 있습니다.

주사위 놀이의 결과는 실험 과제의 순서를 무작위로 정하는 데 사용할 수 있습니다. 그렇다면 다음 단계로 다섯 개의 A를 보여주시겠습니까? 가장 중요한 규칙들은 두 세 가지의 핵심 사항으로만 요약하여 아이에게 반복해서 설명합니다.

어린 아이들의 기억 부담을 최소화하기 위해, 세션 전반에 걸쳐 다음 사항들을 반복해서 상기시켜 주십시오. MR 세션을 종료하는 교육 과정 중에 아이가 실험 참여에 대해 망설일 수 있음에 유의하십시오. 이런 경우, 즉시 휴식을 제안하고 아이의 우려 사항을 해결해 주시기 바랍니다.

불안해하는 어린이가 MRI 환경에 익숙해지도록 돕는 전략에는 여러 가지 게임 세트를 활용하는 것이 포함될 수 있습니다. 예를 들어, 아이가 모의 스캐너 터널을 기어서 통과하게 할 수 있습니다. 모의 스캐너와 실제 스캐너 안에 봉제 인형을 배치해 둘 수도 있습니다.

봉제 인형이 모형 스캐너 안에 있는 동안 배경 소음과 절차를 동시에 경험하게 할 수 있습니다. 마찬가지로, 아동이 스스로 들어가기 전에 연구팀 구성원이 모형 스캐너 안으로 들어가는 것을 도와줄 수 있습니다. 마지막으로, 연구팀이 MR 스캐너실을 설정하고 모든 장비를 준비하는 동안 아동과 가족이 짧게 휴식을 취할 수 있도록 합니다.

교육 세션과 가족들의 짧은 휴식 시간이 끝난 후, 아동이 실제 MRI실로 이동하는 것을 돕기 위해 fMRI 실험을 시작할 수 있습니다. 아동은 연구원과 동행하며, 금속 부품이 포함되지 않은 경우에 한해 부모님과 아동이 좋아하는 봉제 인형을 함께 데려갈 수 있습니다.

fMRI 실험을 시작하기 전, 아동이 철 성분이 포함된 물건을 소지하고 있는지 확인하십시오. 휴대용 금속 탐지기나 자석을 사용하여 놀이처럼 스크리닝을 진행하십시오. "자, 여기 단추들이 보이네."라고 말하며 설명해 줍니다.

그곳으로 이동합니다. 다음으로, 해당 실험에 사용되는 반응 도구를 확인하고, 아동이 도구의 사용법과 어떤 반응이 어떤 반응 도구에 해당하는지를 알고 있는지 확인하십시오. 시각화 자료가 포함된 실험의 경우, 화면과 거울의 위치를 확인하여 아동이 누운 상태에서 화면을 명확하게 볼 수 있는지 확인하십시오.

청각 실험을 위해 아이에게 사진을 보여주고 무엇이 보이는지 물어보십시오. 아이에게 짧은 문장을 들려주어 소리 크기를 확인하고, 아이가 그 문장을 구두로 반복하게 하십시오. 우리 우주선 모험에 참여할 준비가 되었나요?

MRI 스캐너실에 있는 모든 인원에게 귀 보호구를 반드시 제공하십시오. 이제 실제 fMRI 실험을 시작하며, 어린 아동의 경우 가급적 45분에서 1시간을 넘기지 않도록 하고 중간에 휴식 시간을 포함합니다. 각 실험 과제를 시작하기 전에 비디오 안내 사항이 다시 제시되며, 이는 각 실험 과제가 끝난 후에도 동일하게 진행됩니다.

가상 스티커 차트는 아동이 스캐너 내부에서 검사를 받는 동안 협조하는 것에 대해 보상을 제공합니다. MRI실에 있는 연구팀원은 아동의 편안함과 움직임을 모니터링합니다. 이를 통해 아동에게 필수적인 의사소통과 동기 부여를 위한 피드백을 직접 제공할 수 있습니다.

아동의 머리 움직임은 MRI실 내에 있는 연구팀 구성원이나 MRI실 밖에서 영상 획득 과정을 모니터링하는 연구자가 관찰할 수 있습니다. 훈련 세션 동안 가볍게 손으로 누르는 연습을 통해 아동에게 움직임이 너무 심하다는 신호를 줍니다. fMRI 실험 중 짧은 휴식 시간을 가지면 아동의 편안함을 유지할 수 있습니다.

아이에게 자신의 뇌 영상을 보여줌으로써 동기를 유지할 수 있습니다. 마지막으로, 구조적 MRI 영상 획득 시 참가자는 어떠한 실험 과제도 수행하지 않은 채 가만히 누워 있어야 합니다. 이 시간 동안 아이가 짧은 영화를 시청하게 하여 지루함을 달랠 수 있습니다.

적절한 영상 예시로는 동물이 등장하는 영화나 다큐멘터리를 권장합니다. 이러한 영상은 아이가 어떻게 작동하는지 알 수 있게 해주며, 웃음을 줄일 가능성이 낮아 영상 획득 중에 발생할 수 있는 머리 움직임을 방지할 수 있기 때문입니다. 아이가 주의력을 유지할 수 있도록 각 실험 과제는 가능한 한 짧게 구성하십시오. 많은 아이들에게 가장 큰 어려움은 오랜 시간 동안 매우 가만히 유지하는 것이므로, 학령기 또는 그보다 어린 아이들의 경우 실험 과제 시간을 최대 5~7분으로 설정하는 것이 달성 가능한 것으로 입증되었습니다.

하지만 실험 실행 시간은 실험적 제약이나 대상 집단에 따라 달라질 수 있습니다. 아동은 영상 획득 시간 동안의 움직임 제한을 더 쉽게 받아들입니다. 이 시간 동안 획득한 영상을 아동의 뇌 사진이 담긴 CD와 같이 집으로 가져갈 수 있는 선물로 제공한다는 정보를 주면, 어린 아동을 위한 표준화되고 아동에게 적합한 테스트 프로토콜을 사용하여 아동의 불안감을 줄이고 MR 스캐너 내부에서의 협조 동기와 수행 능력에 긍정적인 영향을 줄 수 있습니다.

결과적으로, 현재의 프로토콜을 사용함으로써 아동 참가자와 그 가족들의 전반적인 경험뿐만 아니라 데이터 품질 또한 긍정적인 영향을 받았습니다. 우리는 4세에서 6세 사이의 아동 그룹에서 기능적 및 구조적 뇌 영상 데이터를 획득했습니다. 모든 아동의 95% 이상이 모의 스캐너 훈련과 fMRI 실험을 포함한 좁은 공간의 영상 촬영 세션을 완료할 수 있었습니다.

본 프로토콜에서 제시하는 가이드라인과 절차는 소아 신경 영상 촬영 세션을 위해 설계되었습니다. 하지만 일반적인 원칙과 언급된 도구 중 상당수는 신체 부위의 영상 획득과 같이 전반적인 소아 영상 촬영 세션에 적용될 수 있습니다. 본 비디오 리포트에서는 깨어 있는 어린이를 대상으로 사용하는 완전한 소아 신경 영상 프로토콜을 제시하였습니다.

이를 통해 임상의는 신경 영상 촬영 절차를 받는 소아 환자에게 진정제나 전신 마취제 사용을 줄일 수 있으며, 결과적으로 EMRI의 활용도가 높아질 것으로 기대됩니다. 더 어린 연령대를 대상으로 한 연구에서는 일반적인 테스트 가이드라인과 MRI 특화 접근법을 통합하여, 소아 신경 영상 촬영 세션을 어떻게 설계하고 수행할 수 있는지에 대한 예시를 임상의와 연구자에게 제공합니다.

어린 아이들을 대상으로 연구를 수행할 때는 전체 절차를 유연하게 운영하는 것이 매우 중요합니다. 각 아이가 본인에게 편안한 속도로 진행할 수 있도록 충분한 시간을 할애하십시오. 연구 세션은 아이 친화적이고 연령에 적합한 방식으로 설계하며, 연구 참여자와 환자의 편안함, 적절성 및 동기를 최대한 높일 수 있도록 노력하십시오. 이것으로 모두 마치겠습니다.

시청해 주셔서 감사하며, 실험에 좋은 결과가 있기를 바랍니다.