Summary
Nonostante l'aumento nell'uso dei strutturali e la risonanza magnetica funzionale (fMRI) negli esseri umani, lo studio delle giovani popolazioni pediatriche rimane una sfida. Vi presentiamo un hands-on, passo-passo protocollo video, tra cui linee guida per medici e ricercatori che intendono svolgere (f), risonanza magnetica nei bambini piccoli.
Abstract
Nell'ultimo decennio c'è stato un aumento dell'uso di strutturale e la risonanza magnetica funzionale (fMRI) per studiare le basi neuronali della percezione umana, la cognizione e del comportamento
Protocol
Abbiamo incorporato generale le linee guida di test sperimentali così come la risonanza magnetica approcci specifici 12-23 in un protocollo di neuroimaging complete che guida i ricercatori e clinici durante le sessioni di neuroimaging con i bambini svegli di appena quattro anni di età. In primo luogo, ci proponiamo di sottolineare le linee guida generali test adattato per gli esami di risonanza magnetica. In secondo luogo, fornire un hands-on, passo-passo la descrizione del nostro protocollo di neuroimaging. Nella nostra esperienza, una sola seduta di circa 2,5 ore (compreso un imaging in tempo massimo di 45-60 minuti) è sufficiente a formare e guidare un bambino attraverso una sessione di neuroimaging.
Linee guida generali
Come in ogni sessione di test con una popolazione pediatrica, gli orientamenti generali e raccomandazioni per il modo migliore per lavorare con i bambini dovrebbero essere considerati 24. Evidenziamo il comfort, l'adeguatezza e la motivazione (CAM) e forniscono definizioni di questi concetti.
(C) Comfort: Il comfort è definito come lo stato emotivo di un giovane partecipante coinvolto in una sessione di imaging in cui è ridotto al minimo la sensazione di minaccia e di sicurezza è massimizzata.
Ambiente: In linea con altri gruppi di ricerca 19,20, si considera l'area scanner finto un luogo ideale per avviare una sessione di neuroimaging. Idealmente, una zona scanner finto replica la stanza reale scanner MRI e MR, nella maggior misura possibile (ad esempio, tra cui uno scanner RM mirroring finta apparenza di uno scanner reale MR e dei suoni prodotti) 20. Questa camera offre la stessa attrezzatura (strumenti di risposta, per esempio) come la stanza reale risonanza magnetica. Senza un campo magnetico statico, è un luogo sicuro per familiarizzare il bambino con la procedura di imaging in un bambino-modo appropriato. L'area scanner finto può essere progettato in un bambino di facile modo con l'aggiunta di animali imbalsamati, ponendo alcuni giocattoli in camera (non troppe, perché questo potrebbe essere fonte di distrazione), avendo genitori e fratelli sedersi sul bambino di dimensioni tavolo e sedie, e fornendo alcuni genitori approvato snack e bevande. Abbiamo inoltre fornire al bambino un grafico adesivo, un CD con le immagini strutturali del cervello del bambino, e uno scrigno con un certificato regalo e altri piccoli premi.
Famiglia & Amici: Un modo per facilitare la partecipazione attiva durante una sessione di neuroimaging è quello di incoraggiare i bambini partecipanti di invitare i loro familiari, fratelli e amici o per portare i propri animali imbottiti o giocattoli. Inoltre, i bambini ei loro genitori dovrebbe essere consentito di scegliere se preferiscono avere un genitore sia presente in sala risonanza magnetica durante l'esperimento fMRI.
Abbigliamento: senza parti metalliche (ad esempio, bottoni o cerniere) è obbligatorio. I bambini possono preferire di indossare i loro abiti. Tuttavia, abbigliamento adeguato (camici ospedalieri ad esempio) dovrebbero essere disponibili in caso di necessità. La formazione e sale risonanza magnetica può essere freddo, una coperta può offrire al bambino un comfort aggiuntivo.
(A) Appropriatezza: Adeguatezza descrive i quadri e contesti utilizzata per presentare le attività e materiali durante la sessione di neuroimaging in relazione alla fascia d'età studiata.
Terminologia: la terminologia e le pratiche utilizzate durante le sessioni di neuroimaging pediatrica dovrebbero essere scelti con cura. In questo modo possono evitare malintesi o un'atmosfera spaventosa. Termini inappropriati, ad esempio, sono le seguenti: "è veramente forte, ma non ti farà del male" o "come stai facendo all'interno della macchina si consiglia di utilizzare un linguaggio positivo che è facilmente comprensibile dai bambini e di affrontare?. potenziali problemi direttamente. evitare certe frasi può essere vantaggioso per la sessione e un bambino-appropriata scelta dei termini tecnici è consigliata (per esempio "macchina cervello" invece di "risonanza magnetica", "clicca macchina fotografica" invece di "rumore dello scanner", ecc ).
Fraintendimenti: Un obiettivo importante è quello di chiarire fraintendimenti del bambino di immagini il più presto possibile nel corso della sessione di neuroimaging. Una descrizione dello studio di facile comprensione dovrebbero essere comunicate prima della visita e può essere ripetuta all'inizio della sessione di neuroimaging.
Strumenti di risposta: Utilizzo di strumenti di risposta specifica adeguata all'età dei partecipanti ha dimostrato di essere di beneficio 25. Ad esempio, quando avvalendosi di diversi strumenti (ad esempio le cuffie, i tasti di risposta, Eye Tracker, ecc), è importante utilizzare quelli che sono bambino adeguati in dimensioni e forma. Questi strumenti devono essere accuratamente posizionato in modo che il bambino non wIggle e spostare nel tentativo di raggiungere i dispositivi di risposta.
Stato affettivo: Come in ogni sessione di test, è essenziale essere sensibili allo stato affettivo del partecipante. I bambini non possono sempre esprimere i propri sentimenti prontamente, ma l'ansia, noia o frustrazione bisogno di essere riconosciute e trattate tempestivamente 7,24. Preoccupazioni devono essere affrontate direttamente e le domande devono essere poste in un bambino modo consono.
Approccio flessibile: E 'altamente raccomandato per tenere conto di specifiche esigenze di ogni bambino e per dare il tempo sufficiente per fare un approccio flessibile possibile (ad esempio aiutare opzionale a seconda del bambino, corsi di formazione aggiuntivi, dando il tempo sufficiente per la sessione di neuroimaging, ecc ).
(M) Motivazione: La motivazione descrive la volontà di un partecipante a collaborare attivamente in un contesto di ricerca dato.
Bambini benvenuti Temi: Si consiglia di utilizzare un tema divertimento che i bambini guida per tutta la sessione di neuroimaging (ad esempio una storia di avventura). In questo modo, i bambini diventano investito e coinvolto nella sequenza delle attività. Inoltre, un tema può dare il gruppo di ricerca l'opportunità di costruire tutti gli esperimenti e paradigmi compito in un bambino-friendly (ad esempio utilizzando personaggi dei cartoni animati).
Grafici Sticker tradizionale e virtuale: i grafici Sticker sono ben noti come strumenti per contribuire a motivare i bambini a completare diversi esperimenti all'interno di una sessione. Un grafico adesivo virtuale è analoga alla tabella di adesivo tradizionale, ma si può dimostrare (tramite videoproiettore) per il bambino, quando all'interno dello scanner RM. Come esempio, si usa una tabella virtual sticker sul modello di gioco dei bambini "Chutes and Ladders", dove i partecipanti devono trovare la loro strada di casa (questo può essere raggiunto solo completando l'attività sperimentale). Non solo questo è divertente per il bambino, ma dà il tempo di team di ricerca dopo ogni esecuzione (tempo di acquisizione di immagine per un compito sperimentale) per preparare la successiva.
Corso di Azione
Pediatrica Sessione I Neuroimaging: Preparazione
1) Prima della sessione di neuroimaging: In preparazione per la sessione di neuroimaging, le famiglie partecipanti siano informati attraverso i mezzi di stampa o on-line, che contengono le descrizioni adatti alla loro età offrendo un'anteprima del contenuto di studio e dettagli.
Neuroimaging pediatrica II Sessione: Formazione (circa 1 ora)
2) Benvenuti & documenti: La sessione di neuroimaging pediatrica inizia nell'area scanner finto, dove il team di ricerca accoglie con favore la partecipazione bambino, la famiglia e gli amici. Institutional Review Board (IRB) forme (ad esempio, il consenso e le forme assenso), MR forme di screening scanner e procedure di rimborso sono rivisti ed è garantito che la portata della sessione neuroimaging è chiaro per il bambino ei genitori.
3) (f), MRI introduzione: L'area scanner finto viene introdotto per il bambino ei genitori con una breve descrizione dello scanner finto, gli strumenti di risposta e altro materiale utilizzato durante la sessione di neuroimaging. Una macchina fotografica digitale può essere usata per spiegare come una normale fotocamera scatta foto e come una "camera del cervello" (MRI scanner) funziona. Esempi di immagini nitide e sfocate dimostrare l'impatto del movimento sulla qualità delle foto o immagini (vedi Figura 1). Limitazione di movimento può essere illustrato attraverso l'uso di giochi opzionali, come il "congelamento-Game" o "Statue-Game". Questi giochi richiedono al bambino di rimanere immobile (per esempio come una scultura di ghiaccio o statua) per un breve periodo di tempo.
Figura 1. (A) e Sharp (B) le immagini sfocate può essere usato per dimostrare l'impatto del movimento sulla qualità dell'immagine.
4) Introduzione di sperimentare: Prima di introdurre le attività sperimentali si può iniziare con una breve attività piacevole. Quindi, l'uso dello scanner finto sta lentamente incorporato.
5.1) Cortometraggio: per questo esperimento un tema adatto ai bambini viene aggiunto alla sessione di neuroimaging. I bambini prendono parte a un gioco di avventura spaziale, che è introdotta da un breve filmato, i personaggi principali guidare il bambino attraverso tutti gli esperimenti.
5.2) le attività sperimentali / "giochi": l'uso dello scanner incorporato è finto graduale: (1) le istruzioni sono mostrati mentre il bambino è seduto sul mock scanner letto; (2) le istruzioni sono ripetute con carte stampate che rispecchiano uno schermo di computer; (3) i primi esempi alcuni sono risolti con l'aiuto del team di ricerca, (4) materiale di addestramento sono poi presentati in tempo reale; ( 5) come un passo successivo il bambino viene offerta l'uso di cuffie e pre-registrati i rumori di fondo dello scanner vengono riprodotti durante la presentazione degli elementi di formazione; (6) infine, il bambino è concesso di giocare il gioco all'interno dello scanner finto. Il team di ricerca garantisce la comprensione delle attività sperimentali.
Se si utilizza più di uno strumento di risposta, come ad esempio un pulsante in ogni mano, è importante definire quale strumento di risposta corrisponde a cui rispondere. Un bambino può non sapere la differenza tra sinistra e destra. Un animale di pezza (per esempio, una scimmia), può essere collocato vicino a un lato del bambino. Invece delle istruzioni "premere il tasto destro", le istruzioni sono cambiato in "premere il pulsante scimmia".
5) Regole di comunicazione: Durante la formazione del bambino viene insegnato che una mano gentile sulla stampa i loro segnali gambe che si muovono troppo. Questo segnale serve come mezzo di possibilità di comunicazione tra il team di ricerca e il bambino durante l'esperimento fMRI vero e proprio. Si spiega al bambino che il discorso dovrebbe essere evitato durante l'acquisizione dell'immagine in quanto potrebbe interferire con le prestazioni dell'attività di sperimentazione e di impatto sulla qualità dei dati.
6) Breve pausa / gioco di dadi: Durante una pausa, i dadi possono essere utilizzati per determinare un ordine casuale in cui le partite si giocheranno durante l'esperimento fMRI. Questo assicura randomizzazione tra i partecipanti.
7) ripetizione dei punti principali: prima di iniziare l'esperimento fMRI si raccomanda che il ricercatore ripetere le regole più importanti per la sessione di neuroimaging al bambino. Al fine di minimizzare le richieste di memoria per bambini, è utile riassumere le informazioni critiche in alcuni punti principali e per ribadire quelle di tutta la sessione.
8) Risoluzione dei problemi: Quando un bambino esita a prendere parte alla sessione di allenamento o esperimento fMRI, i ricercatori sono invitati a (1) agire immediatamente, (2) offrire a prendersi una pausa, (3) consideri le preoccupazioni e assicurare che la partecipazione è volontaria e, a seconda della scelta del bambino la sessione può essere interrotto prima o (4) strategie di gioco come raccomandato da terapisti giocare 12,26 sono utilizzati per aiutare un bambino più ansioso prendere confidenza con il nuovo ambiente. E 'importante utilizzare approcci flessibili che permettono a un bambino di partecipare ad un ritmo che è comodo per loro. Tuttavia, a scelta del fanciullo nella partecipazione deve essere evidente.
9) formazione scanner MRI senza deridere: Se i ricercatori o medici non hanno accesso ad un'area scanner finto, strategie di gioco ed usati per giocare terapisti sono altamente raccomandati 26. Ad esempio, una sessione di neuroimaging può essere simulato utilizzando immagini o un modello di uno scanner RM 12. Inoltre, utilizzando approcci comportamentali desensibilizzazione e operante tecniche comportamentali 13-15,17,23 hanno contribuito a ridurre il disagio nei bambini e aumentare il numero di bambini aver completato con successo la loro sessione di neuroimaging.
Pediatrica Neuroimaging Sessione III: Break e Screening in metallo
10) proiezione metallo: Prima di entrare nella sala MRI, ogni partecipante e il genitore deve compilare e firmare un modulo di risonanza magnetica di screening. Inoltre, il bambino ha bisogno di essere controllata per gli oggetti ferrosi. Un metal detector portatile o un magnete può essere utilizzato per introdurre la proiezione scherzosamente (ad esempio "finta siamo in aeroporto").
Pediatrica Neuroimaging Sessione IV: Esperimento fMRI (45 a 60 min)
Generale: Durante l'esperimento fMRI, la sfida più grande per molti bambini è quello di rimanere immobile per un lungo periodo di tempo. Si consiglia di tenere ogni esperimento più breve possibile o per dividere l'esperimento in due prove sperimentali. Nella nostra esperienza, i tempi di esecuzione di imaging con un massimo di 5-7 minuti hanno dimostrato attuabile per età scolare elementare o più giovani. La lunghezza totale della sessione di imaging dovrebbero essere considerati. Tuttavia, è più facile per un bambino passare attraverso una lunga sessione di imaging con diversi sperimentale tirature di portare a termine una sessione più corta, con lunghi run sperimentale. Esperimenti di neuroimaging spesso utilizzano un design blocco in cui sono presentate le diverse condizioni compito sperimentale in una serie di blocchi successivi. I bambini possono facilmente confondersi con changcompito ING richieste entro una corsa sperimentale e, pertanto, si raccomanda di mantenere condizioni di lavoro separati (ad esempio, per campionamento, due condizioni compiti diversi in due successive esecuzioni sperimentali con una pausa in mezzo).
11) Facilitare la transizione: Per facilitare la transizione del bambino nella stanza reale risonanza magnetica, il bambino è accompagnato da un membro dello staff di ricerca e può scegliere di portare con sé un genitore e animale preferito farcito del bambino, fino a quando il giocattolo non contiene ferrous parti. Inoltre un membro del team di ricerca si consiglia di accompagnare il bambino.
12) controllare Equipaggiamento: posizionamento dello schermo e specchio (per gli esperimenti visivo), il volume del suono (per esperimenti uditivo), e strumenti di risposta devono essere controllati e protezione per le orecchie (ad esempio, tappi per le orecchie) dovrebbero essere fornite per assistenti in sala MRI. Controllare gli strumenti di risposta e le impostazioni di esempi applicati (domande giocare ad esempio per il bambino per verificare le impostazioni audio e di avere il bambino li risposta). Il gruppo di ricerca deve assicurare che ogni membro della famiglia presenti in sala MRI ha ricevuto informazioni su un comportamento corretto e le regole, soprattutto per quanto riguarda la sicurezza.
13) fMRI / prestazioni dell'attività sperimentale: istruzioni attività deve essere ripetuta prima dell'inizio di ogni partita (attività sperimentali). Dopo ogni partita, il grafico adesivo virtuale premia collaborazione del bambino. Mentre nello scanner MR, il comfort del bambino e il movimento deve essere monitorata. La presenza di un membro del team di ricerca in sala MRI ha dimostrato di essere estremamente vantaggioso; del bambino il benessere e il comportamento può essere osservato, e la comunicazione essenziale e motivante feedback possono essere consegnati direttamente al bambino. Movimento della testa del bambino si può osservare dalla attuale membro del team di ricerca in sala RM o dal ricercatore controllare l'acquisizione di immagini al di fuori della sala di risonanza magnetica. Una pressa mano leggera praticata durante la sessione di allenamento segnali al bambino che si muovono troppo. Per gli esperimenti con diverse prove sperimentali, una breve pausa a metà strada attraverso la sessione di neuroimaging mantiene comfort. Come fattore motivazionale durante la pausa, il bambino può mostrare la sua immagine proprio cervello.
14) l'acquisizione di immagini strutturali: Finalmente strutturale acquisizione di immagini MR richiede ai partecipanti di mentire ancora senza eseguire alcuna operazione sperimentale. Il bambino può essere intrattenuti con la visione di un breve filmato in questo periodo. Esempi di film consigliati appropriati sono film o documentari animali in quanto sono divertenti e improbabili per indurre ridere che possono portare alla testa dei movimenti durante l'acquisizione dell'immagine. Il bambino gestisce limitazione di movimento durante il tempo di acquisizione delle immagini più facilmente se ha detto che immagini acquisite durante questo periodo sarà presentato loro come un dono da portare a casa, ad esempio un CD con le immagini il cervello del bambino.
15) Chiusura: acquisizione delle immagini Una volta completata la procedura di rimborso segue inclusi regali, premi e un CD con le immagini cerebrali acquisite per il bambino da portare a casa.
Rappresentante Risultati
L'utilizzo di protocolli di un'adeguata preparazione e di bambino procedure di imaging influenza positivamente la cooperazione, la motivazione e l'esperienza dei nostri bambini che partecipano e le loro famiglie. L'utilizzo di questo protocollo riduce il movimento complessivo e aumenta quindi la possibilità di ottenere immagini di alta qualità senza l'uso di sedativi o GA.
Utilizzando il protocollo attuale che abbiamo recentemente ottenuto funzionale e strutturale dei dati di imaging cerebrale di un gruppo di bambini di età prescolare (dai 4,9-6,3 anni / età media 5,5 anni). Oltre il 95% di tutti i bambini sono stati in grado di completare una sessione di neuroimaging, compresa la formazione scanner finto e sperimentare fMRI. Le linee guida e le procedure presentate in questo protocollo sono stati progettati per le sessioni di neuroimaging pediatrica. Tuttavia il principio generale e molti degli strumenti descritti possono essere applicati alle sessioni di imaging pediatrica in generale, come l'acquisizione di immagini di altre parti del corpo.
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Discussion
L'emergere di risonanza magnetica funzionale e strutturale per studiare il cervello umano ha facilitato le possibilità di esaminare tipici così come la struttura cerebrale atipica e funzioni e detiene quindi una grande promessa sia per scopi di ricerca e clinica 6. Tuttavia, studi di risonanza magnetica nelle fasce d'età più giovani rimangono meno numerosi rispetto a quelli degli adulti, adolescenti o bambini, che è principalmente a causa di difficoltà tecniche e pratiche durante l'esecuzione di sessioni di neuroimaging pediatrica. L'attuale protocollo di video-presenta hands-on di soluzioni per affrontare le sfide principali pratiche che possono avere impedito gruppi di ricerca da svolgere (f) esperimenti di risonanza magnetica nei bambini piccoli.
Le sfide di neuroimaging pediatrica sono numerosi, ma i ricercatori concordano sul fatto che i due principali ostacoli da superare sono: livello di ansia / angoscia e il movimento dei partecipanti 2,4,7,25. Ansia e angoscia sono comunemente riportati nei pazienti sottoposti a procedure di imaging clinico. Si stima che il 4 e il 20% di tutti i pazienti si rifiutano di sottoporsi a risonanza magnetica o la sessione di terminare una sessione di imaging prima del completamento 27. Una sessione incompleto imaging clinico può avere serie implicazioni in quanto potrebbe ritardare una corretta diagnosi e 22 trattamento possibile. Sessioni di risonanza magnetica nei bambini sono stati segnalati per imporre livelli ancora più elevati di ansia / angoscia 7,18. Tuttavia, Rosenberg et al., (1997) in grado di dimostrare che la sofferenza nei bambini dai 6 ai 17 può essere notevolmente ridotto da soggetto preparazione accurata, compreso l'uso di scanner per finta.
Il rumore dello scanner intenso generato dallo spostamento di bobine di gradiente convenzionali durante l'acquisizione di immagini in continuo è una causa potenziale di ansia o disagio 28. Questo rumore di fondo dello scanner (SBN) non solo può causare ansia e disagio nei partecipanti, ma può potenzialmente interferire con i paradigmi sperimentali (ad esempio durante le attività uditive o attenzione 29,30. Un modo per aggirare l'esposizione al SBN è quello di utilizzare i dati interleaved progetti di acquisizione come il comportamento interleaved gradiente (BIG) tecnica 31,32 o radi campionamento temporale 29,30,33-36 (vedi Gaab et al. 2007 per una discussione dettagliata su vantaggi e svantaggi di 'silenziosa' disegni di imaging).
Come un ulteriore ostacolo da superare, limitazione di movimento è necessario per ottenere dati di alta qualità e diagnosticamente rilevanti. Nella pratica clinica, i bambini al di sotto di una certa età (di solito tra 6 agli 8 anni) sono spesso fotografato con sedazione o anestesia generale (GA) 20. Tuttavia, oltre ai possibili rischi per il bambino, GA e la sedazione sia portare ad un aumento di tempo di imaging e dei maggiori costi dovuti all'impiego di personale esterno, le attrezzature e farmaci 23. Sedazione o GA non viene utilizzato durante fMRI a causa della sua potenziale influenza sul contrasto delle dipendenze dei livelli ematici (contrasto BOLD) 1. Inoltre, i compiti di neuroimaging molti richiedono al bambino di essere attento e reattivo.
E 'stato dimostrato che la terapia gioco, simulazione e approcci comportamentali (ad esempio la terapia cognitivo-comportamentale, il rinforzo del comportamento) sono metodi efficaci per ridurre l'ansia, ridurre il movimento complessivo e per consentire la risonanza magnetica senza sedazione nei bambini dai 3 anni di età 23,14. Il protocollo attuale incorpora idee e gli elementi delle principali tecniche comportamentali per la gestione data in un protocollo di neuroimaging completa e si propone quindi di offrire ai ricercatori e clinici hands-on linee guida per progettare e condurre sessioni di imaging con sveglio, i bambini piccoli. L'utilizzo del protocollo attuale ha dimostrato di aumentare il numero di bambini in grado di completare con successo una sessione di neuroimaging. L'uso di una misura di bambino e all'età protocollo appropriato neuroimaging pediatrica può anche permettere ai medici di ridurre l'uso di sedativi o di GA nei bambini sottoposti a procedure di imaging e si prevede di incrementare la nascita di studi di imaging pediatrica nelle fasce di età più giovani.
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Acknowledgments
Ringraziamo partecipano bambini e le famiglie, tutto il personale presso l'Ospedale dei Bambini di Boston (CHB) con particolare apprezzamento ai tecnici risonanza magnetica, senza il quale i nostri studi non è stato possibile condurre. Siamo particolarmente grati ad Arnold Cyr di partecipazione e di aiuto durante le nostre riprese video e al funzionamento direttore Patricia Devine a Waltham CHB. Grazie alla ricerca e allo staff tecnico al MIT di Athinoula A. Martinos Imaging Center per la condivisione di esperienza nella acquisizione delle immagini RM e analisi.
Questa ricerca è stata finanziata dalla Fondazione H. Charles Hood, un ospedale pediatrico di Boston pilota sovvenzione e il Fondo nazionale svizzero (NMR)
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