臂叢神經損傷59例磁共振成像的體素輔助診斷

彭愛琴， 胡春峰

(1. 徐州醫(yī)科大學醫(yī)學影像學院， 江蘇 徐州 221004； 2. 徐州醫(yī)科大學附屬沭陽醫(yī)院影像科， 江蘇 沭陽 223600； 3. 徐州醫(yī)科大學附屬醫(yī)院影像科， 江蘇 徐州 221006)

臂叢神經損傷是上肢最為嚴重的創(chuàng)傷，直接臨床表現(xiàn)為上肢功能障礙或喪失，甚至終生殘疾[1-3]。相較于電生理、超聲以及體感誘發(fā)電位等方法，磁共振成像(MRI)憑借敏感的形態(tài)異常(腫脹、增粗)伴信號改變(長T2滲出信號)已成為診斷臂叢神經損傷的首選，且是神經修復術的重要評估依據(jù)[4-6]。然而，臂叢神經損傷的MRI診斷能力仍有待進一步提升，部分患者首診MRI未見神經損傷的形態(tài)及信號異常，而在隨后數(shù)月癥狀持續(xù)加重并錯失最佳治療期[7-8]。本研究借助醫(yī)工結合的模式，運用體素計算方案對此類患者的首診MRI進行回顧性分析，旨在提升臂叢神經損傷的MRI診斷率，更好地為手術及治療提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2016年3月至2019年3月于我院確診的臂叢神經損傷患者資料。入組標準： ① 以肩部外傷為主訴入院就診； ② 首診MRI未見臂叢神經形態(tài)及信號異常； ③ 復診時經MRI或手術確診； ④ 性別不限； ⑤ 存在傷側上肢功能和感覺的輕度障礙或無障礙。排除標準： ① 嚴重的頸椎病； ② 臂叢區(qū)手術史； ③ 頸部發(fā)育異常； ④ 非外傷性臂叢神經損傷。共收集符合上述標準患者59例，均為單側起病，平均年齡(34.6±3.2)歲，平均身高(167.8±13.3)cm，平均體重(61.2±5.9)kg；其中，肩部撞擊傷40例，車禍擦傷11例，物體砸傷8例，未見高處墜落傷病例。另于我院鄰近社區(qū)隨機收集20例受試者作為健康對照組，平均年齡(28.5±2.9)歲，平均身高(167.1±14.6)cm，平均體重(50.1±7.8)kg。兩組受試者一般資料比較無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。所有受試者對資料使用均簽署書面知情同意書，且項目實施經醫(yī)院倫理委員會批準。

1.2 磁共振成像

受試者檢查前被要求平靜情緒，盡力保持腹式呼吸，避免吞咽動作，頭先進仰臥位。MRI圖像采集采用西門子Skyra 3.0T磁共振儀器，使用20通道頭頸線圈，掃描方案包括頸部常規(guī)掃描和臂叢神經掃描。常規(guī)掃描：軸位T1WI、軸位T2WI、軸位TIRM。掃描范圍為胸2-頸4水平，掃描寬度左肩至右肩，掃描方向平行于頸椎椎體。臂叢神經掃描：為更好顯示臂叢神經走形，掃描采用TIRM序列行冠狀位采集。序列參數(shù)：重復時間3 800 ms，回波時間180 ms，反轉時間210 ms，層厚2.0 mm，平均次數(shù)1，視野250 mm×250 mm，矩陣256×256；掃描范圍參照橫軸位圖像，基線與傷側臂叢神經走形方向保持一致。掃描圖像導入西門子配套圖形工作站，由本科室兩名高年資主治醫(yī)師對其進行評判，意見分歧時交于上級醫(yī)師審定。

1.3 體素輔助分析

將受試者MRI圖像經工作站拷貝至linux系統(tǒng)平臺電腦，體素輔助分析采用基于C++和Delphi開發(fā)的體素特征計算。主要步驟包括： ① 磁場信號的灰度值鎖定和序列解析(3.0 T場強/抑脂抑水)。② 臂叢神經信號的提取和特征識別學習(極值探測、方向位置分配、回歸擬合、極化權重、特征矢量歸一)。③ 基于機器學習構建模擬器(隨機森林)。④ 體素分類和篩選(二分類)。可視化界面體素信號呈現(xiàn)隨臂叢神經走形分布，信號強度均勻，走形平滑。臂叢神經撕裂處體素信號成截斷樣信號丟失表現(xiàn)，局部Y值顯著減低(臂叢神經周圍為軟組織)。每名受試者取3次檢測，以最顯著值納入統(tǒng)計學分析。

1.4 統(tǒng)計學方法

2 結果

2.1 常規(guī)MRI分析

健康對照組的常規(guī)MRI顯示臂叢神經走形規(guī)則，神經粗細均勻，TIRM序列呈現(xiàn)為均勻性稍高信號，境界清晰。常規(guī)分析臂叢神經損傷患者的首診MRI，24例診斷為輕度損傷可能(24/59，40.68%)，MRI圖像上未見明顯滲出樣高信號及神經增粗，T2WI僅表現(xiàn)臂叢神經局部線樣稍高信號。常規(guī)分析復診的MRI，51例成功診斷(51/59，86.44%)，其中25例表現(xiàn)為臂叢神經增粗伴周圍滲出信號，19例表現(xiàn)為臂叢神經增粗伴周圍組織增生，7例僅表現(xiàn)為臂叢神經周圍滲出。

2.2 首診MRI體素輔助診斷

首診MRI的體素輔助診斷結果顯示，健康對照組臂叢神經體素分析信號均勻，呈規(guī)則線狀波形信號；而在59例臂叢神經損傷患者中，54例成功診斷(54/59)，體素分析信號表現(xiàn)為局部顯著性截斷下降，規(guī)則性波形結構消失，截斷位置與損傷部位和范圍對應，其診斷成功率顯著高于首診時常規(guī)MRI(54/59與24/59，χ2=34.039，P<0.01)。如圖1。

圖1 首診MRI體素輔助診斷

2.3 復診MRI體素輔助診斷

復診MRI的體素輔助診斷結果顯示，59例臂叢神經損傷患者均成功診斷(59/59)，體素分析信號表現(xiàn)為病變區(qū)錯亂的體素信號曲線，且其偏幅和位移較首診MRI體素信號更加顯著，其診斷成功率顯著高于復診時的常規(guī)MRI(59/59與51/59，χ2=8.582，P<0.01)。如圖2。

圖2 復診MRI體素輔助診斷

3 討論

本研究以常規(guī)MRI和體素輔助分析相結合的方式對臂叢神經損傷的診斷效能做出評價，結果提示，無論在臂叢神經損傷的首診還是復診中，體素輔助分析均顯示其較強的診斷能力，尤其是對損傷部位未見明顯滲出或形態(tài)學異常的患者，即臨床實際工作中的常規(guī)MRI假陰性現(xiàn)象，其本質原因或可歸因于常規(guī)MRI診斷對于肉眼形態(tài)變化及高信號的依賴[9-11]。因周圍軟組織信號的襯托，臂叢神經在常規(guī)MRI呈現(xiàn)條索狀高信號，輕度損傷或損傷間隔期過短常致影像科醫(yī)師難以發(fā)現(xiàn)其內在的異常信號[12-13]。盡管常規(guī)MRI作為臂叢神經損傷的首選方案，但來自Radiology的薈萃分析確認其檢測損傷的平均特異性僅為72%(95%可信區(qū)間：42%～90%)[14]。臨床醫(yī)師及患者因此常誤認為未被損傷而選擇離院觀察直至患者感覺損傷疼痛加劇再次就診。

影像醫(yī)師的肉眼分辨率決定了影像診斷的精度，雖然肉眼存在500萬的視錐細胞和過億的視桿細胞，理論分辨力在0.03 mm左右，但因視網膜感光細胞分布、光線及背景等影響，其實際分辨率僅在0.1 mm，加之常規(guī)MRI圖像信號的丟失及流失，臨床實際分辨能力進一步受限[15-16]。體素輔助分析的本質是圖像體素信號的解析，是一種不依賴于肉眼視覺的新型分析方案，其進階方案亦是近年愈發(fā)盛行的紋理分析和影像組學分析的重要分支[17-19]。本研究結果也充分證實基于體素信號分析的輔助診斷可以極大提升常規(guī)MRI的診斷能力，且實施方案無需復雜計算，簡單易行，符合現(xiàn)階段日益繁重的影像科實際工作現(xiàn)狀[20]。同時提示臂叢神經損傷的MRI診斷中，不僅需關注神經形態(tài)的變化和周圍異常高信號，還需結合外傷史，對隱藏在臂叢神經自身的等高信號中的損傷高信號要格外留意和斟酌，盡力避免漏診。

綜上，盡管本研究存在樣本量少，缺乏隨訪跟蹤等不足，但相關結果為臂叢神經損傷的影像學診斷和臨床治療提供了有力的補充和依據(jù)。