面向临床医学研究的磁共振实验平台管理

丁海艳, 计晓晴, 赵 丹, 朱艳东, 何 乐, 李 睿

(清华大学 医学院 生物医学工程系 生物医学影像研究中心, 北京 100084)

随着医学影像技术的发展,医学影像在临床医学诊断中具有越来越重要的地位。其中,磁共振成像具有无创、无辐射、三维任意角度成像、优秀的软组织对比度等特点,是医学影像中的重要组成[1]。医学影像技术不仅可以用于临床的诊断,还可以为深入研究疾病的发病机制、病理生理改变、脑功能以及代谢异常等提供新的方法[2]。对治疗恶性肿瘤、老年痴呆、癫痫和心脑血管病均具有巨大的应用潜力[3]。

清华大学生物医学影像研究中心(简称影像中心)成立于2010年,是清华大学在985资金重点支持下建设的多模态医学影像中心。影像中心的磁共振成像实验平台面向清华校内外服务,用户涵盖生物医学工程、分子生物学、生理学、心理学、物理学、信息学等在内的多种学科。中心积极拓展与临床医院的合作,开展相关医学临床实验研究,如心脑血管疾病、癫痫、老年痴呆、帕金森等神经系统疾病的研究等。其特色在于以解决医学临床问题为导向,致力于成像技术向临床应用的转化。

与技术研发、教学或者基础研究实验室不同[4-7],以临床医学研究项目为服务对象的磁共振实验平台,其特殊性在于受试者大多是病人,而病人这一群体的复杂性、脆弱性以及疾病种类的多样性,给磁共振实验平台的运行和管理带来诸多挑战,需要从项目管理到实验操作以及后期的数据管理等多方面予以保障。

本文将从实验室现状、面向临床医学研究的项目管理制度、实验操作规范、安全防护、数据管理五个方面,介绍清华大学生物医学影像研究中心实验室磁共振实验平台的管理方式,为进一步提升实验室管理水平提供参考依据。

1 实验室现状

1.1 实验室功能分区

磁共振实验平台依据功能进行空间分区,包括操作间、药品准备室、病人准备室、扫描间、设备间、服务器室等。实验室区域是一个相对封闭区域,有准入制度,设门禁,进入实验室区域要通过粘尘垫,减少灰尘流动。

操作间是进行磁共振扫描、脑功能刺激等各项操作的地方。操作间内配备磁共振成像系统操作主机、脑功能刺激控制计算机、扫描间监控显示器等设备。出于安全考虑,操作间严格限制人员进入,设置门禁卡,只有具备资质的人员才能持有门禁卡,无扫描资质者需由有扫描资质人员陪同方可进入。

药品准备室可以为受试者进行静脉穿刺或采血。备有常规使用的磁共振对比剂以及急救药品和急救器材,包括急救车、氧气包、自动体外除颤仪等。此外,还有注射器、留置针、消毒液、口罩帽子等,并配备冰箱、紫外线消毒车和洗手池。 所有有使用期限的药品和物品,都会定期检查、更换,保证无过期、无变质,急救器材处于完好备用状态。药品准备室需要保持环境整洁,每天紫外线消毒1小时,必要时随时消毒,非工作人员不得进入。

病人准备室为受试者提供准备、休息的空间。提供沙发、桌椅、资料柜、饮水机、病号服等。病人准备室需要保持环境整洁,每周紫外线消毒1次,必要时随时消毒。

扫描间存放磁共振仪、各种配备线圈、高压注射器、生理监护仪、脑功能刺激系统等。扫描间对环境要求比较高,除保持整洁外,还需要维持恒定的温、湿度,配有专用的通风装置。扫描间严格限制人员进入,只有有扫描资质的人员才能进入,受试者进入前需经严格检查,确保安全方可进入。

设备间内存放磁共振成像系统支持设备。服务器室存放各种数据服务器及相应的支持装置。这两个地方都需要保持环境整洁以及恒定的温、湿度。

1.2 设备资源

磁共振实验平台的核心设备是一台3T双源高场全身磁共振扫描仪(Philips Achieva TX)。配备多种专用线圈(包括32通道头线圈、8通道头线圈、32 通道心脏专用线圈、头颈联合线圈、膝部关节线圈、腕部关节线圈、肩部关节线圈、乳腺线圈等)。除了厂方提供的多种标准线圈外,影像中心设有线圈实验室,具有定制专用研究成像线圈的开发能力(如36通道神经血管线圈),可支持特殊研究项目应用。尤具特色的是该磁共振平台是全开放式序列研发平台,影像中心研究人员可以自由进行各种成像序列和图像重建算法设计开发。该磁共振实验平台有力支撑了前沿成像技术向临床研究和应用的转化。

磁共振实验平台配备可用于脑功能成像研究的功能刺激器(触摸板、按键响应器、视觉刺激器、听觉刺激器)以及认知相关实验范式设计软件。

无线心电门控设备、呼吸腹带传感器以及指端脉搏传感器可以满足基于心电门控技术、呼吸导航或呼吸门控、脉搏波门控的成像需求。高压注射器(Spectris Solaris EP)可以完成实验中给药或对比剂的要求。生理监护仪和病人监护屏可以满足实验过程中对病人生理状态的监护。

此外,磁共振实验平台还配备应用服务器和数据存储服务器(HP StorageWorks X1600 12TB)、医学图像工作站(DELL Precision T1500工作站4台,EIZO FlexScan MX210医用彩色显示器8台),医学图像分析管理软件和专用血管管壁分析软件(VTS和CASCADE,美国华盛顿大学血管成像实验室),为医学成像、图像处理和数据分析提供了软硬件支持。

1.3 技术特色

影像中心的研究团队包括多名在国际磁共振影像领域著名的科学家和多位有国际著名大学、研究机构留学经历的青年骨干。致力于生物医学成像方法、多模态影像处理、软硬件平台设计等多方面的研究和技术开发。在磁共振方面,研究领域涵盖磁共振物理到成像方法、图像处理、数据分析以及临床应用等,具体涉及脑成像、神经成像、心脑血管成像、心脏成像、腹部成像等。

前沿技术发展为临床应用研究拓展了无限的可能性,但同时也对实验平台的技术与运行支撑能力带来巨大的挑战。由于临床研究项目涉及的领域多、个体差异大、特殊性强,很多研究项目是前瞻性和探索性的,这对实验平台的管理以及运行也提出了更高要求。

2 面向临床医学研究的项目管理制度

针对以病人为主体面向临床医学研究项目的特殊性,磁共振实验平台从立项审查、伦理审查、实验平台设备、资源以及人员团队方面都制定了相应的管理制度,保证研究项目的顺利开展。

2.1 立项制度

影像中心科研立项之前,需要用户与核磁扫描技术工程师沟通实验目的和研究内容,共同确定实验构想是否可行。在确定可操作性之后,需签订“磁共振项目申请协议”。协议内容包括:项目名称、项目负责人、第一联系人、项目经费信息、项目信息(研究目标、研究计划、项目中用到的磁共振成像序列以及处理方法)、磁共振成像程序(是否人体实验、是否动物实验、是否使用磁共振对比剂、是否使用脑功能成像刺激设备、是否使用危险化学用品,吸入性麻醉药或传染病病原体、是否自带设备到磁共振室、预申请扫描时间数)、中心负责人审核意见。“磁共振项目申请协议”由影像中心负责人审批通过之后方可立项,正式开展相关实验。

2.2 伦理审查

凡是在影像中心进行动物实验和人体实验均需要提供伦理审查表。影像中心科研人员的伦理申请需要经过清华大学医学院伦理委员会的审核,其他合作单位或者只是提供技术服务的项目必须在提交“磁共振项目申请协议”的同时提交伦理审查表复印件。

2.3 项目启动准备工作

研究项目成功立项之后,影像中心磁共振实验平台的技术操作人员将与用户一起确定具体的扫描方案。如涉及增强扫描,则需要准备磁共振对比剂(常规为马根维显钆喷酸葡胺),并准备相关的高压注射器、针管等器械。检查应对药物过敏等状况的急救药品,如肾上腺素、地塞米松、多巴胺、阿托品、利多卡因等。并检查相关急救设备的工作状态。

磁共振实验平台运行团队包括2名磁共振成像技术专家、2名主治医师、1名主管护师和1名普通护士。

由于研究项目涉及病人,磁共振实验平台提供急救预案,以应对突发事件。实验室配备有急救药物和设备,磁共振实验平台操作人员需具有临床急救知识和经验；实验室紧邻校医院,一旦受试者发生严重的病情变化或药物不良反应,在实验室人员积极抢救的同时,会立即向校医院请求急救支援(拨打999急救电话),或将受试者送往校医院进行进一步治疗。

3 实验操作规范

3.1预约

中心平台根据立项项目,临床需求时间,综合考虑患者病情轻重程度(如手术患者、出院患者及亚健康患者)及预约时间,确定核磁共振检查时间。预约时,首先了解患者基本病情,与临床医生确定患者体内没有金属移入物,如患者需口服药物或进行增强扫描需由医生协同。

3.2 签订知情同意书及安全筛查表

阅读病史评估病情,仔细询问患者(或家属)既往史、过敏史及心肾功能情况,尤其应了解有无手术史,再次排除体内金属支架、钢板,心脏起搏器、神经刺激器、人工心脏瓣膜、假牙、义眼、内固定等金属异物,协助更换检查服,以确保病人安全。并签署知情同意书及安全筛查表。增强扫描须向患者及其家属详细解释增强的目的、所用对比剂的主要药理作用以及可能出现的不良反应,并告知他们对比剂安全性高,极少发生不良反应,在体内存留时间较短,通过尿液排出等,患者或家属愿意接受后,请其在增强扫描患者的知情同意书上签字。

3.3 相关辅助检查技术

如研究需要,需在医生指导下给口服药物(治疗类药物或镇静类药品)。如涉及动态造影增强,则需要采用防磁双筒高压注射器；按0.1～0.2 mL/kg剂量注射对比剂,速率控制在0.5～2.5 mL/s；扫描前用20 G静脉留置针连接装有5 mL生理盐水的注射器,选择肘部粗而直、弹性好的静脉进行穿刺留针固定,轻推5 mL生理盐水,观察确定局部无肿胀、患者无疼痛感,方可连接高压注射。扫描结束后立即问候患者,询问有无不适,观察注射局部有无对比剂外渗,将留置针与高压注射器分离,连接装有5 mL生理盐水的注射器,协助患者缓慢起身,避免体位性低血压。将患者留置于观察室,以便发现并及时处理并发症。嘱多饮水,以促进对比剂的排泄。观察30 min后患者如无不适,即可拔除留置针。

如涉及功能磁共振成像,为脑外科治疗发现致病灶和保护病灶附近的功能结构提供影像学和功能依据,根据实验需求,还可能需要培训患者的动手、动脚、看图片、按键及听声音等行为,以保证完成所需的功能扫描。

如涉及屏气等与胸腹部有关的扫描,则需要告知患者呼吸运动是影响腹部磁共振图像质量的重要因素,使其明白扫描中患者的成功屏气配合是提高图像质量的关键,也是决定检查能否顺利进行的第一步。由于信号采集是在两次呼吸运动之间的相对静止期进行的,故根据需要进行呼吸和屏气的训练。

针对躁动、不自主运动、不能使用镇静药物患者,在保证患者安全的情况下,可灵活运用沙袋、绑带、楔形海绵等实行强行制动措施。

3.4 检查中的人文关怀

在检查过程中,由于扫描时间长,噪音较大,扫描仓相对狭小,会给病人造成恐惧感,而且增强扫描病人对疾病更加关注,易造成焦虑情绪。为确保磁共振检查的图像质量,在检查前后针对不同年龄段的病人进行心理疏导,消除病人检查的恐惧感,促进检查顺利完成,要掌握与病人沟通的良好技巧。

3.5 安全防护

为保证磁共振成像设备的正常运行,工作人员每天在固定时间进行水模测试,记录系统中心频率、信噪比、环境的温湿度等参数,每周测量液氦含量。如有异常情况,需及时联系厂家工程师检测、维修,保证机器的正常运转和采集数据的准确有效。

为保证病人安全,详细询问受试者手术史,仔细检查衣物,确保体内、外无任何铁磁性金属物质,询问受试者有无幽闭恐惧症,有无严重心功能不全。必要时需要有负责医生全程陪护。扫描期间提供耳塞和耳机,保护听力；激光定位时需提醒病人闭眼,保护视力。如扫描中病人不适,可随时按紧急按钮要求中止扫描。

工作人员要严格遵守磁共振成像平台的安全要求,定期进行安全培训。在操作间进行医疗操作时,严格执行无菌操作原则。做好消毒工作,保证环境清洁。遵守医疗垃圾的处理规范,按规定转运。

4 数据管理

4.1 数据存储与传输

磁共振实验平台的数据存储包括磁共振扫描仪的临时存储空间、海纳医信科研PACS系统、影像中心数据服务器及异地物理备份服务器。其中在磁共振扫描仪上的临时存储空间有限,仅能保存一周内的实验数据。所有DICOM格式的数据都要上传PACS系统,并提供光盘备份,DICOM及其他格式科研数据上传到影像中心的数据服务器。

4.2 数据共享

存储在影像中心数据服务器的数据仅能通过内部网络在影像中心数据服务器设立的相应用户通过账号及密码访问,通过对服务器用户的管理实现相应的科研数据的管理。存储在PACS系统的数据通过网络访问,采用分组权限管理,兼顾数据安全性和灵活性,能够实时响应客户查询、检索、浏览等需求,按照时间顺序汇总显示受试者历史影像,方便综合对比。

4.3 数据处理

影像中心的图像处理工作站面向用户开放,授权用户可以在工作站上访问实验数据并采用相应的软件工具进行后处理和分析,磁共振实验平台运行团队提供相应的技术咨询服务,并可根据项目需求,联系影像中心的科研团队建立科研合作研究关系。

4.4 数据安全

磁共振平台的实验数据在PACS系统长期保存,同时在影像中心数据服务器进行双备份(2个物理地点)。由于临床医学研究数据涉及病人信息管理与隐私保护,在PACS和影像中心数据服务器上均通过用户授权方式访问相应权限的数据资源。光盘备份的数据直接交给受试者或者相应项目的负责人。通过上述方式实现数据存储安全,避免数据信息泄露。

5 讨论与总结

开展与临床医学研究有关的项目有其特殊性,病人作为主要的受试群体需要我们采取更加规范的实验操作流程以及更加完备的防护措施。由于影像中心地处校园,不在医院里,急救措施相对薄弱,应对危重病人的防护目前处于瓶颈状态,因此,目前磁共振实验平台不接受危重病人作为研究对象。

在生物医学影像研究中心正式运行以来近6年的时间里,中心的技术支撑能力得到飞速发展。磁共振实验平台以相关的管理体系为保证,在平台运行支持团队的通力合作下,目前已完成和正在进行的临床医学研究项目50项,服务用户包括北京天坛医院、北京安贞医院、清华大学玉泉医院、北京大学第三医院、北京协和医院、中国康复医院、301医院、中国人民解放军航天航空总医院、中国人民解放军海军总医院、北京积水潭医院、北京海淀医院等,涉及的临床研究领域包括颈动脉粥样硬化斑块成像；急性脑梗死；癫痫、老年痴呆、帕金森等神经退行性疾病、心肌病、血管手术导航、脊椎成像、颅内动脉瘤检测等。已合作发表SCI论文60余篇,磁共振实验平台很好地支持了成像技术转化和临床应用研究[8-11]。

本文通过对在生物医学影像研究中心磁共振实验平台现状、面向临床医学研究的项目管理制度、实验操作规范、安全防护、数据管理5个方面的介绍,希望为进一步提升实验室管理水平提供参考依据,支撑更多高水平的临床医学影像研究,为用户提供更好的服务。

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