这款迷你 MRI 扫描仪或能挽救早产儿的生命

Clinical lead Doctor Al Story points to an x-ray showing a pair of lungs infected with TB (tuberculosis) during an interview with Reuters on board the mobile X-ray unit screening for TB in Ladbroke Grove in London January 27, 2014. The only mobile unit testing for TB in the country works with the most vulnerable to the disease including the homeless, drug and alcohol dependent. REUTERS/Luke MacGregor (BRITAIN - Tags: HEALTH SOCIETY) - RTX17X9Q
The development of a new MRI scanner could be saving lives of newborns.Image: REUTERS/Luke MacGregor
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有一张我们大女儿的照片,我妻子不忍心看。照片拍摄于 2008 年复活节星期日,也就是她出生的那天。虽然春天刚刚开始,伦敦却下起了雪。与此同时,我们刚出生几个小时的女儿躺在新生儿重症监护病房(NICU)保温箱里的一条白毯上,身上伸出各种管线。

我们以为自己该做的都做对了。索菲在预产期前一两周自然发动了。第二天早上我们到医院后不久,医生便开始听母亲和宝宝的心跳。情况不对。宝宝的心跳太慢了。

在我的记忆里,医生按下了病床上方墙上的一个大红按钮。现在想来,这似乎不太可能,但效果确实如此。护士们涌进病房,开始为索菲准备紧急剖宫产,同时有人突然叫我换上手术服。我还在套那条薄薄的蓝裤子,她的病床就被推了出去,沿着走廊前行。一名护士指了指手术室的双开门。我心里的疙瘩越结越紧。

几分钟后,伊迪丝出生了。她没有哭,而婴儿通常会在第一口气充满肺部时啼哭。医护人员围在她身边,挡住了我们的视线;她被静静地放在保温灯下的桌子上。最后,她终于发出了一声啼哭。有人把她抱起来,让我们看看她那张皱巴巴的小脸,随后她就被匆匆抱走了。那天晚上我回家时,索菲正在产科病房里术后恢复,伊迪丝则在 NICU。我们一家三口的第一个夜晚,却各自睡在不同的地方。

伊迪丝体重仅 2.1 千克(4 磅 10 盎司)。对于一个并非特别早产的婴儿来说,她的体重明显偏轻,因此被送进 NICU 观察,并确认她的脑部没有因心跳缓慢期间缺氧而受损。她没有出现明显问题,只住了四天。这段时间足以让我们适应昏暗的灯光、监护仪持续的蜂鸣声、弥漫的焦虑,以及任何异常情况带来的阵阵恐惧。但与一些婴儿及其父母在 NICU 度过的数周乃至数月相比,四天根本不算什么。

NICU 里的大多数婴儿病情都很严重,他们经历了极早产或创伤性分娩。约 70% 有脑损伤风险。要预测他们的情况向来非常困难;即使接受现有最好的专科护理,往往仍只能等待,看看他们能否存活,以及是否会留下某种障碍。成年人一旦可能出现脑损伤,通常会立即接受 MRI 扫描,但许多这样的婴儿甚至从未做过这项基本检查。

磁共振成像设备体积庞大、噪声很大,重得惊人——更准确地说,重约 10 吨。它们占据一间不小的房间,还需要额外空间放置计算机,并让操作人员待在强磁场之外;与此同时,它们对振动也极其敏感。因此,这类设备通常安装在医院底层或地下室。另一方面,NICU 和产科病房一样,往往设在楼上,远离人流,安全而隐蔽。但最脆弱的婴儿经不起穿越医院的折腾:他们要上下电梯、穿过走廊,经过可能携带感染的访客、患者和医护人员;途中一旦出问题,他们也会离所需的专业护理越来越远。因此,即便扫描本身完全安全,MRI 在字面意义上仍是他们无法涉足的地方。医院于是改用超声检查,它便宜得多,也更便携、更方便,但图像清晰度不如 MRI。

如果不能把婴儿送到 MRI 设备那里,能不能把设备送到婴儿身边?我对 NICU 里的生活有所了解,因此得知 GE 医疗正在开发专为新生儿设计的 MRI 系统原型时,感到十分好奇。他们真能造出足够小、足够安全,能放进普通 NICU 的扫描仪吗?如果能,这有望改变这些最脆弱患者的医疗护理。

我下一次走进 NICU 是在 2014 年,地点是谢菲尔德皇家哈勒姆郡医院的杰索普翼楼。这里的声音打破了寂静,让我想起在伦敦的经历;作为旁观者走过病房,我感到不自在。这些父母正在应对这里令人焦虑的等待,不需要有人围观。我知道,他们真正想要的只是能够带宝宝回家。

朱莉·巴西是这里的特别护理协调员。她的工作包括照料即将离开 NICU 的婴儿。“有时我送他们回家时,他们可能只剩下几周可活,也可能情况仍不确定,但无论还能活多久,把宝宝送回家总是件好事,”她说。“不过大多数时候,我送我的宝宝回家,是希望他们好好生活、长大、长胖——然后回来跟我打声招呼。”

巴西留着深色头发,性格健谈,身上有着专业护士那种富有同情心而又干练的气质。她自己有五个孩子,每个都曾在新生儿病房住过,因此能体会她所服务的父母的心情。“我不常谈自己经历过什么,但我可以说,我知道你现在是什么感受,因为我自己也亲身经历过,”她说。“这很可怕,我觉得我们有时没有意识到父母有多害怕。”

不确定会助长恐惧。如果能更方便地进行 MRI 扫描,减少这种不确定性,医护人员、父母和婴儿都会受益。目前,这里有两种方式可以做 MRI 扫描,但两种都需要把小小的婴儿放进为成人设计的大型设备。如果婴儿状况相对稳定,可以把他们送到主院区。这需要与放射科预约,确保照料婴儿的护士能抽出一个小时,还要请一名搬运员护送他们过去。“我们很少会提出‘做 MRI’,然后当天就能做,”巴西说。

如果婴儿使用呼吸机,通过导管吸入空气或氧气,事情就更复杂了。成人放射科既没有设备,也缺乏照料使用呼吸机婴儿的专业经验。因此,需要把婴儿送往几百米外的儿童医院。NICU 的另一位协调员海伦·考恩对此作了解释。

“我有个宝宝明天要做 MRI,”她说。“因为他需要使用呼吸机,所以必须列入麻醉排班,由儿童医院的麻醉师负责气道护理。因此我今天早上先把宝宝转介给我们的转运服务,又转介到儿童医院,让他们准备好一套病历。明天早上,转运服务会过来接宝宝,把他转移到他们的保温箱里,接上他们的呼吸机,用他们的设备和团队,再用救护车把宝宝送到儿童医院。诚然,那儿离这里不远,但无论是半英里还是 20 英里,都需要同样的转运服务。宝宝会在那里做 MRI,然后再回到这里。”

许多婴儿病得太重,承受不了这套流程带来的压力,因此必须等身体好转后才能做 MRI;到那时,扫描的用处可能已经不大。如果能在 NICU 设一台专用扫描仪,情况就会完全不同。“这样就能在合适的时机为患病婴儿扫描,而不用等待,”巴西说。

考恩表示赞同:“确实有些时候我们想做 MRI,却只能接受现有安排,可能要等到下周或其他时间。我们只能接受,因为那是唯一的选择。”但如果现场就有扫描仪,“我就不用让一名工作人员离开病房好几个小时;对家人来说,也不用看着宝宝被送上救护车离开。只要把宝宝沿走廊推过去就行了。”

这并非一厢情愿。杰索普翼楼正准备接收全球首批 NICU 扫描仪原型之一。推动这件事的人是谢菲尔德大学放射学教授保罗·格里菲斯。他十多年来一直努力让更多婴儿能够接受 MRI。他和同事甚至造过一台低磁场婴儿扫描仪,但它生成的图像不够清晰,无法用于临床,只能用于研究。

格里菲斯的办公室里挂着早期 Joy Division 演出的海报,摆着学术证书、足球比赛门票(他支持克鲁亚历山德拉队),还有一幅神话人物西比尔即将预言的画像。他谈起这款新原型面临的挑战及其潜力:“显然,我们是要为新生儿扫描,准确诊断他们的脑部出了什么问题,”他说。“令人担忧的是,超声检查无法像其他检查那样准确地显示所有问题,而磁共振一直被视为下一步检查手段。”

“一直以来,问题都在于如何安全地完成磁共振扫描。婴儿不可避免地必须离开新生儿护理病房;当然,还得实际搬动婴儿,而这恰恰是最危险的环节。”

面对这个问题,可以新建一间空间足够容纳全尺寸 MRI 扫描仪的 NICU,但除了最富裕的医院,其他医院根本负担不起。也可以完全不做 MRI,只依靠超声检查。又或者像谢菲尔德这样,不断权衡更准确扫描的潜在益处,以及把婴儿带离 NICU 的风险。

“他们会挑选一些病例:临床情况可能与超声检查所见不符。如果认为婴儿不会面临过度风险,就会把他们送去做磁共振扫描,”格里菲斯解释说。“但那些仅有 27 或 28 周胎龄的早产儿,只要你看着他们,他们就可能停止呼吸;这样的婴儿仍然做不了扫描。”

2011 年,格里菲斯与一位谢菲尔德物理学家及一位 GE 合作者获得了威康信托基金会的资助,用于开发新生儿扫描仪。GE 及其他机构也有人多年来一直在探讨制造全磁场强度婴儿扫描仪,他们于是聚到一起,认为合作能做成更多事情。

这个项目被命名为“萤火虫计划”,构想由此诞生。目标是打造一台小巧而强大的扫描仪,专为新生儿设计,能够放进普通 NICU。谢菲尔德的原型机将用于验证这一构想。最终,他们要 выяс明,让更多脆弱的婴儿接受 MRI,是否确实能帮助人们更好地了解他们的病情、改善治疗,并因此促进健康。

到 2014 年 4 月,伊迪丝已满六岁。虽然她仍比同龄孩子矮小,但创伤性分娩并未给她留下健康问题。她和两岁的妹妹(妹妹出生时也颇为波折,但这次不需要进 NICU)以及索菲在家,而我此时远在 4,000 英里外的威斯康星州密尔沃基。我才离开一两天,却已经很难想象她们的样子——我一向记不住人脸,所以很庆幸手机里能存下那么多照片。但照片无法替代真实相见,我很想念家人。

虽然春天刚刚开始,这里仍然冷得刺骨。梅诺莫尼河上结了冰,不管我把指尖往口袋里塞得多深,它们还是冻得发麻。密尔沃基是一座工业城市,是哈雷戴维森摩托车、米勒啤酒和 GE 医疗的所在地;GE 医疗在郊区沃基肖设有 MRI 设施。萤火虫计划的原型机就是在这里逐渐成形的。

萤火虫计划办公室里有一台新扫描仪的全尺寸模型。与普通的全身扫描仪相比,它确实小巧得多。普通扫描仪的检查对象躺在床上,再滑入直径 70 厘米的孔洞。这台扫描仪大约和我一样高,但没有内置躺卧台,磁体孔径只有 18 厘米,刚好能容下一名大个婴儿的头。或者放一个橙子——我马上就会看到。

我被带到 3 号工程区,新设计的首台可运行设备就放在那里。我想这大概就是原型机的产房,但它经历了漫长的孕育过程,也遭遇了不少波折。

每台 MRI 设备的核心都是一个巨大的环形磁体,产生的磁场约为地球磁场的 100,000 倍。它通过磁场使组织中水分子的质子排列方向一致;随后,特殊线圈发出一阵阵无线电波来激发质子,MRI 传感器则检测电流关闭后质子响应方式的差异。由此便能区分不同类型的组织,并生成三维图像。

到 2011 年,GE 已研发出一种小型磁体,稍作调整后就能产生 3 特斯拉的磁场——与标准成人设备的磁场强度相同。它原本用于扫描手臂和腿部,尺寸也正好适合婴儿,但必须改造才能扫描大脑,而不是简单的四肢。添加用于聚焦磁场的新梯度线圈和增强射频信号的表面线圈相对容易,尽管这意味着要把不同 MRI 系统的部件拼接在一起;但意料之外的问题仍不断出现。后来他们发现,必须更仔细地考虑这些婴儿究竟要如何抵达扫描仪。

有些解决办法简单得令人欣喜。为了处理各种管线——监护仪导线和输液管——他们只是在扫描室门框侧边开了个缺口。管线放进缺口后,关门时完全不必断开婴儿身上的连接。更巧妙的是,他们设计了一种特殊襁褓和吊带,可以把婴儿从保温箱里抱起,转移到一张能滑入扫描仪的小床上。但护士们测试后指出,解开固定婴儿的魔术贴时发出的声音可能会惊扰他们。

像 GE 这样的公司在设计这类设备时征询护士意见,对护理人员来说颇为新鲜。朱莉·巴西记得,当时她有机会提出,材料必须经久耐用,并且尽可能使用一次性材料,或者做到很容易清洁,否则设备就不会有人用。如今,这条吊带有一次性内衬和更结实的外层,能将婴儿紧紧包裹起来,帮助他们在扫描时保持不动;固定头部的魔术贴头带也经过特别设计,声音更轻。设备还新增了配件,便于整齐地收拢线缆和管路。护士们对更新后的设计非常满意。

此外还有一些更偏技术层面的挑战。首先是噪声。接受 MRI 扫描的人不应承受超过 99 分贝的噪声,但这些设备很容易超标,尤其是在尽可能快速地扫描一个爱动又敏感的婴儿时。因此,婴儿需要佩戴护耳罩和硅胶耳塞,以将噪声控制在限值以内。

接下来是通风问题。团队不确定婴儿进入扫描仪孔洞后,二氧化碳是否会在里面积聚。与成人(事实上,甚至与接受全身扫描的婴儿)相比,婴儿头部占据磁体内部的空间要大得多。他们的解决办法是泵入空气,防止有毒二氧化碳积聚——但又不能吹得太快,否则会让婴儿受凉或干燥。他们改造了大型设备中使用的通风部件,现在需要等到婴儿实际接受扫描后,才能确定效果究竟如何。

既然不能用真正的新生儿来测试研发中的婴儿扫描仪,柑橘类水果竟成了很好的替代品。例如,一个橙子的大小大约相当于胎龄 26 周的胎儿头部,而且含有大量水分,和新生儿的大脑类似。此外,它还有内部结构——瓣、汁胞和中柱——能显示扫描分辨率的优劣。

GE 临床应用全球营销经理杰西卡·布泽克把一个橙子放进 3 号工程区设备的孔洞里,再用几张纸巾垫高,让它处在合适的位置。扫描仪按精确控制的程序发出蜂鸣、尖啸和嗡嗡声;很快,电脑屏幕上就显示出这个完整未剥皮橙子的切片,细节惊人。我一看便明白,这样的扫描能检查婴儿的大脑、眼睛,甚至视神经。我听说,神经通常围绕在液体周围,因此由于脑内液体与组织结构的对比,它们会像黑线一样格外显眼。要检查是否有破裂或撕裂,这种方法轻而易举,而超声检查根本做不到。

“还想看别的吗?”布泽克问。

“不用了,”我回答,“这个橙子已经让我很惊叹了。”

“她本来打算把它当午餐吃的。”另一个人开玩笑说。

“没错,”布泽克说,“看起来挺健康,能吃!”

午饭后,我们去 7B 号工程区看首批原型机。地板上用黄色胶带标出了谢菲尔德安装房间的精确轮廓,橙色虚线胶带则标出 5 高斯磁场的边界——越过这条线之前,必须先移除所有金属物品。机器已经发出持续的嗡鸣,氦压缩机的嘶嘶声表明磁体已冷却至工作温度,并达到全强度。

我如今已在英国和美国走访过不少 NICU。每处都有昏暗的房间,里面摆满保温箱,耳边是熟悉的声音:婴儿哭泣、监护仪鸣响、机器运转、呼吸机送气。负责新生儿重症监护的医生告诉我,婴儿 MRI 设备可能带来许多新的可能。

极早产儿并非只是体型较小的足月新生儿:他们的生理状况不同,因此 NICU 里的护理充满不确定性。你也不能简单地尝试重现母亲子宫内的环境,因为他们的需求与胎儿不同:他们需要保暖、自己呼吸,还要完成胎儿无需做的其他事情。例如,没有人真正知道极早产儿的最佳营养需求是什么。因此,如果能依据定期脑部成像评估营养状况,而不只是测量婴儿头围,可能会产生重大影响。

其他设想包括一般性的脑活动监测、镇静和缓解疼痛,也包括针对一些我从未听说过的特定病症的应用:食管旁闭锁,即连接口腔与胃部的食管缺失一段;出血后脑积水,即内部出血后脑内压力积聚;坏死性小肠结肠炎,即感染在肠壁上造成穿孔。出生时遭受创伤的婴儿通常还会接受主动降温,以降低脑损伤风险;三天后再让他们复温,但目前没有办法测量其中哪些婴儿需要在低温状态下多待或少待一段时间。

在所有这些情况下,医生都认为 MRI 能发挥作用——前提是扫描仪设在病区,也就是作出决定的地方,而不是医院的其他区域。若能改善 NICU 的治疗和护理,益处将极其巨大:大多数婴儿都能存活,因此每个病例都关系到一个人的一生。

尽管大家抱有乐观态度,但 MRI 检查增多并不一定总能带来更好的护理。多米尼克·威尔金森是牛津约翰·拉德克利夫医院的新生儿科顾问医生,也是牛津尤希罗医学伦理中心主任。他承认 MRI 更容易获得有不少积极理由,但也认为这引发了一些重要问题。例如,如果能做更多扫描、获得更多信息,这些额外信息可能会增加 NICU 里的不确定性,而不是消除不确定性。

MRI 扫描仪生成的图像有种令人着迷的特质。但就像我女儿们的照片一样,MRI 图像并非真实的大脑。它是大量数据点被拆解、处理,再重新组合成看起来像大脑的图像。它竟能如此逼真地呈现一种我们大多数人永远无法亲眼看到活体状态的器官,实在令人惊叹。然而,如果医生或父母在作决定时,过分看重 MRI 结果,而忽视超声或其他检查结果,这种图像也可能造成误导。

“脑部图像上出现一个大洞、一大块血栓,或是脑区亮起,对临床医生和父母来说都很有冲击力,”威尔金森告诉我。“如果图像显示预后极差,这样的结果或许有参考价值;但如果 MRI 显示一名极早产儿出现变化,这是否就意味着继续重症治疗是不合理的?”

如果伊迪丝在 2008 年那个复活节星期日做过脑部 MRI,她或许能更早回家。或者,图像上可能会发现某种异常,迫使我们对她的近期未来作出更艰难的决定。这些都不是反对研发婴儿扫描仪的理由,但从研究转向临床实践必须谨慎进行。

经过多年的研发、延误、挫折与解决方案,2016 年 3 月 22 日,谢菲尔德的原型系统为第一名婴儿完成了扫描。如今到了 2017 年 1 月,我再次来到杰索普翼楼 NICU,亲眼观看一名婴儿接受扫描。

Alice-Rose Westbrook于11月初出生,胎龄仅24周。如此早产的婴儿,生命状况往往岌岌可危。但在新生儿重症监护室(NICU)住了将近两个半月后(距离足月出生仍有几周,体重也仍不到3磅),她现在已足够稳定,可以转到附近儿童医院的普通病房。离开前,她的父母Rachael和Shaun同意让她接受原型MRI设备扫描。

她躺在NICU高级护理病房的暖箱里,安稳地裹在定制襁褓和吊带中。魔术贴已系好,也戴上了护耳罩;但在被送往扫描仪之前,医护人员先给她喂奶,帮助她放松,也许还能让她在扫描期间稍微犯困。

她从细细的喂食管中吸完奶后,护士将她抱出来,稳妥地安置在一辆特制推车上,推着她离开房间。两名护士一前一后推着车,沿走廊缓缓前行。她们离开NICU,MRI设备就在走廊对面。

推车与扫描仪严丝合缝地贴合,推车上部载着Alice-Rose滑入机器的磁体孔径。空间虽紧,她看起来却很安适。妈妈Rachael陪着她,身旁还有一位NICU护士,隔着襁褓轻轻拍抚她。扫描室里有些冷,于是她们把温度调高了几度。随后,机器发出刺耳的嗡鸣,每次扫描持续22秒。操作员的屏幕上显现出灰度图像,我们看到的是Alice-Rose小小的脑部。

通过大量此类扫描,可以评估原型设备的安全性、准确性和临床相关性。如果结果积极,或能促使GE这样的公司开发一款新产品:一台能够改变NICU早产儿和患病新生儿护理与治疗方式的扫描仪。

然而,在证据开始陆续出现之前,Firefly项目和婴儿MRI仍只能一步一步慢慢推进。

“它是不是更好?坦白说,我不知道,”Paul Griffiths承认。“我认为它会以更高的确定性显示出更多情况,但我不完全确定这是否会真正改变临床管理和治疗结果。这就是研究的意义:如果我知道答案,就不会提出这个问题。”

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