丁海艷, 計曉晴, 趙 丹, 朱艷東, 何 樂, 李 睿

(清華大學 醫(yī)學院 生物醫(yī)學工程系 生物醫(yī)學影像研究中心, 北京 100084)

隨著醫(yī)學影像技術的發(fā)展,醫(yī)學影像在臨床醫(yī)學診斷中具有越來越重要的地位。其中,磁共振成像具有無創(chuàng)、無輻射、三維任意角度成像、優(yōu)秀的軟組織對比度等特點,是醫(yī)學影像中的重要組成[1]。醫(yī)學影像技術不僅可以用于臨床的診斷,還可以為深入研究疾病的發(fā)病機制、病理生理改變、腦功能以及代謝異常等提供新的方法[2]。對治療惡性腫瘤、老年癡呆、癲癇和心腦血管病均具有巨大的應用潛力[3]。

清華大學生物醫(yī)學影像研究中心(簡稱影像中心)成立于2010年,是清華大學在985資金重點支持下建設的多模態(tài)醫(yī)學影像中心。影像中心的磁共振成像實驗平臺面向清華校內外服務,用戶涵蓋生物醫(yī)學工程、分子生物學、生理學、心理學、物理學、信息學等在內的多種學科。中心積極拓展與臨床醫(yī)院的合作,開展相關醫(yī)學臨床實驗研究,如心腦血管疾病、癲癇、老年癡呆、帕金森等神經系統(tǒng)疾病的研究等。其特色在于以解決醫(yī)學臨床問題為導向,致力于成像技術向臨床應用的轉化。

與技術研發(fā)、教學或者基礎研究實驗室不同[4-7],以臨床醫(yī)學研究項目為服務對象的磁共振實驗平臺,其特殊性在于受試者大多是病人,而病人這一群體的復雜性、脆弱性以及疾病種類的多樣性,給磁共振實驗平臺的運行和管理帶來諸多挑戰(zhàn),需要從項目管理到實驗操作以及后期的數據管理等多方面予以保障。

本文將從實驗室現狀、面向臨床醫(yī)學研究的項目管理制度、實驗操作規(guī)范、安全防護、數據管理五個方面,介紹清華大學生物醫(yī)學影像研究中心實驗室磁共振實驗平臺的管理方式,為進一步提升實驗室管理水平提供參考依據。

1 實驗室現狀

1.1 實驗室功能分區(qū)

磁共振實驗平臺依據功能進行空間分區(qū),包括操作間、藥品準備室、病人準備室、掃描間、設備間、服務器室等。實驗室區(qū)域是一個相對封閉區(qū)域,有準入制度,設門禁,進入實驗室區(qū)域要通過粘塵墊,減少灰塵流動。

操作間是進行磁共振掃描、腦功能刺激等各項操作的地方。操作間內配備磁共振成像系統(tǒng)操作主機、腦功能刺激控制計算機、掃描間監(jiān)控顯示器等設備。出于安全考慮,操作間嚴格限制人員進入,設置門禁卡,只有具備資質的人員才能持有門禁卡,無掃描資質者需由有掃描資質人員陪同方可進入。

藥品準備室可以為受試者進行靜脈穿刺或采血。備有常規(guī)使用的磁共振對比劑以及急救藥品和急救器材,包括急救車、氧氣包、自動體外除顫儀等。此外,還有注射器、留置針、消毒液、口罩帽子等,并配備冰箱、紫外線消毒車和洗手池。 所有有使用期限的藥品和物品,都會定期檢查、更換,保證無過期、無變質,急救器材處于完好備用狀態(tài)。藥品準備室需要保持環(huán)境整潔,每天紫外線消毒1小時,必要時隨時消毒,非工作人員不得進入。

病人準備室為受試者提供準備、休息的空間。提供沙發(fā)、桌椅、資料柜、飲水機、病號服等。病人準備室需要保持環(huán)境整潔,每周紫外線消毒1次,必要時隨時消毒。

掃描間存放磁共振儀、各種配備線圈、高壓注射器、生理監(jiān)護儀、腦功能刺激系統(tǒng)等。掃描間對環(huán)境要求比較高,除保持整潔外,還需要維持恒定的溫、濕度,配有專用的通風裝置。掃描間嚴格限制人員進入,只有有掃描資質的人員才能進入,受試者進入前需經嚴格檢查,確保安全方可進入。

設備間內存放磁共振成像系統(tǒng)支持設備。服務器室存放各種數據服務器及相應的支持裝置。這兩個地方都需要保持環(huán)境整潔以及恒定的溫、濕度。

1.2 設備資源

磁共振實驗平臺的核心設備是一臺3T雙源高場全身磁共振掃描儀(Philips Achieva TX)。配備多種專用線圈(包括32通道頭線圈、8通道頭線圈、32 通道心臟專用線圈、頭頸聯合線圈、膝部關節(jié)線圈、腕部關節(jié)線圈、肩部關節(jié)線圈、乳腺線圈等)。除了廠方提供的多種標準線圈外,影像中心設有線圈實驗室,具有定制專用研究成像線圈的開發(fā)能力(如36通道神經血管線圈),可支持特殊研究項目應用。尤具特色的是該磁共振平臺是全開放式序列研發(fā)平臺,影像中心研究人員可以自由進行各種成像序列和圖像重建算法設計開發(fā)。該磁共振實驗平臺有力支撐了前沿成像技術向臨床研究和應用的轉化。

磁共振實驗平臺配備可用于腦功能成像研究的功能刺激器(觸摸板、按鍵響應器、視覺刺激器、聽覺刺激器)以及認知相關實驗范式設計軟件。

無線心電門控設備、呼吸腹帶傳感器以及指端脈搏傳感器可以滿足基于心電門控技術、呼吸導航或呼吸門控、脈搏波門控的成像需求。高壓注射器(Spectris Solaris EP)可以完成實驗中給藥或對比劑的要求。生理監(jiān)護儀和病人監(jiān)護屏可以滿足實驗過程中對病人生理狀態(tài)的監(jiān)護。

此外,磁共振實驗平臺還配備應用服務器和數據存儲服務器(HP StorageWorks X1600 12TB)、醫(yī)學圖像工作站(DELL Precision T1500工作站4臺,EIZO FlexScan MX210醫(yī)用彩色顯示器8臺),醫(yī)學圖像分析管理軟件和專用血管管壁分析軟件(VTS和CASCADE,美國華盛頓大學血管成像實驗室),為醫(yī)學成像、圖像處理和數據分析提供了軟硬件支持。

1.3 技術特色

影像中心的研究團隊包括多名在國際磁共振影像領域著名的科學家和多位有國際著名大學、研究機構留學經歷的青年骨干。致力于生物醫(yī)學成像方法、多模態(tài)影像處理、軟硬件平臺設計等多方面的研究和技術開發(fā)。在磁共振方面,研究領域涵蓋磁共振物理到成像方法、圖像處理、數據分析以及臨床應用等,具體涉及腦成像、神經成像、心腦血管成像、心臟成像、腹部成像等。

前沿技術發(fā)展為臨床應用研究拓展了無限的可能性,但同時也對實驗平臺的技術與運行支撐能力帶來巨大的挑戰(zhàn)。由于臨床研究項目涉及的領域多、個體差異大、特殊性強,很多研究項目是前瞻性和探索性的,這對實驗平臺的管理以及運行也提出了更高要求。

2 面向臨床醫(yī)學研究的項目管理制度

針對以病人為主體面向臨床醫(yī)學研究項目的特殊性,磁共振實驗平臺從立項審查、倫理審查、實驗平臺設備、資源以及人員團隊方面都制定了相應的管理制度,保證研究項目的順利開展。

2.1 立項制度

影像中心科研立項之前,需要用戶與核磁掃描技術工程師溝通實驗目的和研究內容,共同確定實驗構想是否可行。在確定可操作性之后,需簽訂“磁共振項目申請協議”。協議內容包括:項目名稱、項目負責人、第一聯系人、項目經費信息、項目信息(研究目標、研究計劃、項目中用到的磁共振成像序列以及處理方法)、磁共振成像程序(是否人體實驗、是否動物實驗、是否使用磁共振對比劑、是否使用腦功能成像刺激設備、是否使用危險化學用品,吸入性麻醉藥或傳染病病原體、是否自帶設備到磁共振室、預申請掃描時間數)、中心負責人審核意見?！按殴舱耥椖可暾垍f議”由影像中心負責人審批通過之后方可立項,正式開展相關實驗。

2.2 倫理審查

凡是在影像中心進行動物實驗和人體實驗均需要提供倫理審查表。影像中心科研人員的倫理申請需要經過清華大學醫(yī)學院倫理委員會的審核,其他合作單位或者只是提供技術服務的項目必須在提交“磁共振項目申請協議”的同時提交倫理審查表復印件。

2.3 項目啟動準備工作

研究項目成功立項之后,影像中心磁共振實驗平臺的技術操作人員將與用戶一起確定具體的掃描方案。如涉及增強掃描,則需要準備磁共振對比劑(常規(guī)為馬根維顯釓噴酸葡胺),并準備相關的高壓注射器、針管等器械。檢查應對藥物過敏等狀況的急救藥品,如腎上腺素、地塞米松、多巴胺、阿托品、利多卡因等。并檢查相關急救設備的工作狀態(tài)。

磁共振實驗平臺運行團隊包括2名磁共振成像技術專家、2名主治醫(yī)師、1名主管護師和1名普通護士。

由于研究項目涉及病人,磁共振實驗平臺提供急救預案,以應對突發(fā)事件。實驗室配備有急救藥物和設備,磁共振實驗平臺操作人員需具有臨床急救知識和經驗；實驗室緊鄰校醫(yī)院,一旦受試者發(fā)生嚴重的病情變化或藥物不良反應,在實驗室人員積極搶救的同時,會立即向校醫(yī)院請求急救支援(撥打999急救電話),或將受試者送往校醫(yī)院進行進一步治療。

3 實驗操作規(guī)范

3.1預約

中心平臺根據立項項目,臨床需求時間,綜合考慮患者病情輕重程度(如手術患者、出院患者及亞健康患者)及預約時間,確定核磁共振檢查時間。預約時,首先了解患者基本病情,與臨床醫(yī)生確定患者體內沒有金屬移入物,如患者需口服藥物或進行增強掃描需由醫(yī)生協同。

3.2 簽訂知情同意書及安全篩查表

閱讀病史評估病情,仔細詢問患者(或家屬)既往史、過敏史及心腎功能情況,尤其應了解有無手術史,再次排除體內金屬支架、鋼板,心臟起搏器、神經刺激器、人工心臟瓣膜、假牙、義眼、內固定等金屬異物,協助更換檢查服,以確保病人安全。并簽署知情同意書及安全篩查表。增強掃描須向患者及其家屬詳細解釋增強的目的、所用對比劑的主要藥理作用以及可能出現的不良反應,并告知他們對比劑安全性高,極少發(fā)生不良反應,在體內存留時間較短,通過尿液排出等,患者或家屬愿意接受后,請其在增強掃描患者的知情同意書上簽字。

3.3 相關輔助檢查技術

如研究需要,需在醫(yī)生指導下給口服藥物(治療類藥物或鎮(zhèn)靜類藥品)。如涉及動態(tài)造影增強,則需要采用防磁雙筒高壓注射器；按0.1～0.2 mL/kg劑量注射對比劑,速率控制在0.5～2.5 mL/s；掃描前用20 G靜脈留置針連接裝有5 mL生理鹽水的注射器,選擇肘部粗而直、彈性好的靜脈進行穿刺留針固定,輕推5 mL生理鹽水,觀察確定局部無腫脹、患者無疼痛感,方可連接高壓注射。掃描結束后立即問候患者,詢問有無不適,觀察注射局部有無對比劑外滲,將留置針與高壓注射器分離,連接裝有5 mL生理鹽水的注射器,協助患者緩慢起身,避免體位性低血壓。將患者留置于觀察室,以便發(fā)現并及時處理并發(fā)癥。囑多飲水,以促進對比劑的排泄。觀察30 min后患者如無不適,即可拔除留置針。

如涉及功能磁共振成像,為腦外科治療發(fā)現致病灶和保護病灶附近的功能結構提供影像學和功能依據,根據實驗需求,還可能需要培訓患者的動手、動腳、看圖片、按鍵及聽聲音等行為,以保證完成所需的功能掃描。

如涉及屏氣等與胸腹部有關的掃描,則需要告知患者呼吸運動是影響腹部磁共振圖像質量的重要因素,使其明白掃描中患者的成功屏氣配合是提高圖像質量的關鍵,也是決定檢查能否順利進行的第一步。由于信號采集是在兩次呼吸運動之間的相對靜止期進行的,故根據需要進行呼吸和屏氣的訓練。

針對躁動、不自主運動、不能使用鎮(zhèn)靜藥物患者,在保證患者安全的情況下,可靈活運用沙袋、綁帶、楔形海綿等實行強行制動措施。

3.4 檢查中的人文關懷

在檢查過程中,由于掃描時間長,噪音較大,掃描倉相對狹小,會給病人造成恐懼感,而且增強掃描病人對疾病更加關注,易造成焦慮情緒。為確保磁共振檢查的圖像質量,在檢查前后針對不同年齡段的病人進行心理疏導,消除病人檢查的恐懼感,促進檢查順利完成,要掌握與病人溝通的良好技巧。

3.5 安全防護

為保證磁共振成像設備的正常運行,工作人員每天在固定時間進行水模測試,記錄系統(tǒng)中心頻率、信噪比、環(huán)境的溫濕度等參數,每周測量液氦含量。如有異常情況,需及時聯系廠家工程師檢測、維修,保證機器的正常運轉和采集數據的準確有效。

為保證病人安全,詳細詢問受試者手術史,仔細檢查衣物,確保體內、外無任何鐵磁性金屬物質,詢問受試者有無幽閉恐懼癥,有無嚴重心功能不全。必要時需要有負責醫(yī)生全程陪護。掃描期間提供耳塞和耳機,保護聽力；激光定位時需提醒病人閉眼,保護視力。如掃描中病人不適,可隨時按緊急按鈕要求中止掃描。

工作人員要嚴格遵守磁共振成像平臺的安全要求,定期進行安全培訓。在操作間進行醫(yī)療操作時,嚴格執(zhí)行無菌操作原則。做好消毒工作,保證環(huán)境清潔。遵守醫(yī)療垃圾的處理規(guī)范,按規(guī)定轉運。

4 數據管理

4.1 數據存儲與傳輸

磁共振實驗平臺的數據存儲包括磁共振掃描儀的臨時存儲空間、海納醫(yī)信科研PACS系統(tǒng)、影像中心數據服務器及異地物理備份服務器。其中在磁共振掃描儀上的臨時存儲空間有限,僅能保存一周內的實驗數據。所有DICOM格式的數據都要上傳PACS系統(tǒng),并提供光盤備份,DICOM及其他格式科研數據上傳到影像中心的數據服務器。

4.2 數據共享

存儲在影像中心數據服務器的數據僅能通過內部網絡在影像中心數據服務器設立的相應用戶通過賬號及密碼訪問,通過對服務器用戶的管理實現相應的科研數據的管理。存儲在PACS系統(tǒng)的數據通過網絡訪問,采用分組權限管理,兼顧數據安全性和靈活性,能夠實時響應客戶查詢、檢索、瀏覽等需求,按照時間順序匯總顯示受試者歷史影像,方便綜合對比。

4.3 數據處理

影像中心的圖像處理工作站面向用戶開放,授權用戶可以在工作站上訪問實驗數據并采用相應的軟件工具進行后處理和分析,磁共振實驗平臺運行團隊提供相應的技術咨詢服務,并可根據項目需求,聯系影像中心的科研團隊建立科研合作研究關系。

4.4 數據安全

磁共振平臺的實驗數據在PACS系統(tǒng)長期保存,同時在影像中心數據服務器進行雙備份(2個物理地點)。由于臨床醫(yī)學研究數據涉及病人信息管理與隱私保護,在PACS和影像中心數據服務器上均通過用戶授權方式訪問相應權限的數據資源。光盤備份的數據直接交給受試者或者相應項目的負責人。通過上述方式實現數據存儲安全,避免數據信息泄露。

5 討論與總結

開展與臨床醫(yī)學研究有關的項目有其特殊性,病人作為主要的受試群體需要我們采取更加規(guī)范的實驗操作流程以及更加完備的防護措施。由于影像中心地處校園,不在醫(yī)院里,急救措施相對薄弱,應對危重病人的防護目前處于瓶頸狀態(tài),因此,目前磁共振實驗平臺不接受危重病人作為研究對象。

在生物醫(yī)學影像研究中心正式運行以來近6年的時間里,中心的技術支撐能力得到飛速發(fā)展。磁共振實驗平臺以相關的管理體系為保證,在平臺運行支持團隊的通力合作下,目前已完成和正在進行的臨床醫(yī)學研究項目50項,服務用戶包括北京天壇醫(yī)院、北京安貞醫(yī)院、清華大學玉泉醫(yī)院、北京大學第三醫(yī)院、北京協和醫(yī)院、中國康復醫(yī)院、301醫(yī)院、中國人民解放軍航天航空總醫(yī)院、中國人民解放軍海軍總醫(yī)院、北京積水潭醫(yī)院、北京海淀醫(yī)院等,涉及的臨床研究領域包括頸動脈粥樣硬化斑塊成像；急性腦梗死；癲癇、老年癡呆、帕金森等神經退行性疾病、心肌病、血管手術導航、脊椎成像、顱內動脈瘤檢測等。已合作發(fā)表SCI論文60余篇,磁共振實驗平臺很好地支持了成像技術轉化和臨床應用研究[8-11]。

本文通過對在生物醫(yī)學影像研究中心磁共振實驗平臺現狀、面向臨床醫(yī)學研究的項目管理制度、實驗操作規(guī)范、安全防護、數據管理5個方面的介紹,希望為進一步提升實驗室管理水平提供參考依據,支撐更多高水平的臨床醫(yī)學影像研究,為用戶提供更好的服務。

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