自制輔助裝置結合3D-STIR在提高臂叢神經MR成像質量的應用研究

虎玉龍,高 雅,楊春華,吳東波,郝萬慶,哈若水,朱蓉蓉

臂叢神經成像對于診斷、治療、評估臂叢神經病變嚴重程度均具有重要臨床意義，提高臂叢神經影像質量一直以來都是影像學研究的難點與熱點。相對于脊髓造影，MRI具有安全無創、軟組織分辨率高等優勢，其3D-STIR序列(3D-STIR)能夠三維顯示臂叢神經解剖走形，目前，已在臂叢神經MR成像中得到廣泛應用[1-2]。頸部解剖結構相對復雜、局部磁場不均勻、各種組織間磁化率差異較大等諸多因素，導致臂叢神經MRI圖像較容易出現明顯的化學位移偽影及磁化率偽影，圖像質量尚需要進一步提高。有文獻報道稱自制輔助裝置通過相對減小局部磁場差異，改善3D-STIR 脂肪抑制均勻程度，能有效提高臂叢神經MR成像質量[3]。本次實驗旨在采用自制輔助裝置，研究其在提高臂叢神經MRI成像質量中的應用價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料：2019年1月-2019年6月招募健康志愿者30名，男15名，女15名，年齡20～45歲；所有受試對象均否認臂叢神經外傷、炎癥或腫瘤等病史，無任何外周神經系統癥狀及體征，告知所有受試者此次試驗目的并簽署知情同意書。

1.2 自制輔助裝置：自制輔助裝置由內部填充材料和外部固定裝置兩部分組成。內部填充材料由食用大米組成，外部固定裝置由醫用棉質布袋組成，左右各一，掃描前將組件前后環繞患者頸肩部放置。

1.3 設備與方法：采用飛利浦Ingenia 3.0T磁共振掃描儀，使用8通道頭頸聯合線圈。受試者取仰臥位，頭先進。3D-STIR序列掃描參數：TR/TE 2 500 ms/70.5ms，FOV 320 mm×320 mm，矩陣288×288，層厚1.6 mm，層間距0.8 mm，圖像層數約80～100層，掃描時間約5 min。3D-STIR序列采用斜冠狀位掃描，掃描時加勻場及前后飽和帶。第一次掃描未使用自制輔助裝置(對照組)，第二次掃描使用自制輔助裝置(實驗組)。

1.4 圖像后處理：所有掃描在飛利浦工作站進行觀察、測量。圖像由兩位經驗豐富的醫師進行評估，主要依據臂叢神經顯示清晰度、脂肪及背景抑制程度、出現偽影程度進行主觀評分，1分最差，4分最優，意見不同時經討論達成一致。圖像測量采用雙盲法，由兩位經驗豐富的技師分別在臂叢神經根、鎖骨下、肩鎖關節、腋動脈水平放置ROI，測量臂叢神經、肌肉、背景噪聲信號強度(SI)，計算神經信噪比SNR和對比噪聲比CNR。SNR=神經信號/背景噪聲信號；CNR=(神經信號-肌肉信號)/背景噪聲信號。

2 結果

2.1 主觀評分對比:掃描完成后，由兩位經驗豐富的診斷醫師對圖像進行主觀評分，所得分數如表1所示，與對照組相比，實驗組主觀評分高于對照組，差異具有統計學意義(Z=6.43，P<0.05)。

表1 實驗組與對照組臂叢神經主觀評分對比

2.2 三維重建對臂叢神經各段顯示陽性率對比:掃描完成后，對圖像進行三維重建，統計2組圖像對臂叢神經各段顯示情況，如表2所示，與對照組相比，實驗組對臂叢神經各段顯示陽性率較高，差異具有統計學意義。

表2 實驗組與對照組三維重建臂叢神經各段顯示對比

2.3 臂叢神經信號強度及SNR、CNR值對比：掃描完成后測量臂叢神經各段進行測量信號強度SI值，計算臂叢神經平均SNR、CNR值，所得結果如表2、表3所示，與對照組相比，除腋動脈水平外，實驗組臂叢神經各段信號強度增加，差異具有統計學意義。

表3 實驗組與對照組臂叢神經信號強度及SNR、CNR值對比

3 討論

3.1 臂叢神經的解剖特點及3D-STIR應用優勢:臂叢神經是由C5-8神經前支和T1神經前支大部分組成的復雜周圍神經網絡，臂叢神經自相應椎間孔即“五根”發出，后向外下延續走形，在鎖骨上窩內上方形成上、中、下“三干”，每干均可分為前、后兩股，即“六股”，后于鎖骨上水平形成內側、后側、外側“三束”；臂叢神經后束主要發出腋神經和橈神經，外側束與內側束共同延續發出正中神經，各自另分別發出肌皮神經及尺神經，即“五支”[4]。神經解剖學將臂叢分為神經節前、后兩個部分，神經節之后椎管以外者稱為臂叢神經節后部分，是外傷、炎癥、腫瘤等疾病的好發部位，因此影像學對臂叢神經節后部分的清晰顯示，對診斷臂叢疾病及評估預后有重要臨床意義。MRI具有較高的軟組織分辨率，在神經影像學研究中具有獨特優勢。

目前，臨床應用相對成熟的臂叢神經MRI成像序列主要包括反轉恢復脂肪抑制成像技術(STIR)及背景信號抑制彌散加權成像技術(DWIBS)。根據文獻報道，DWIBS成像序列由于抑制自由水信號，對頸部血管及小淋巴管結具有較好的抑制效果，但對較為纖細的神經有時難以清晰顯示，所以對于臂叢神經細節顯示效果相對STIR技術稍差[5-6]。本次研究采用的3D-STIR成像技術是近幾年快速發展的MRI神經成像序列，在臂叢神經MRI成像中具有諸多優勢。3D-STIR技術的本質是一種重T2脂肪抑制序列，具有較好的背景抑制效果，臂叢神經呈現均勻高信號影，能夠與周圍軟組織形成較好對比度；此外，相較于2D-STIR掃描序列，3D-STIR掃描技術具有薄層、層間距小、多層數、大FOV成像掃描等優勢，并且掃描完成后可在工作站進行三維重建，多維度、多角度旋轉的觀測，更能滿足神經影像學的診斷要求。另一方面，3D-STIR掃描序列采用可變反轉角的超長回波鏈，能夠大大縮短掃描時間。本次實驗以健康志愿者為研究對象行臂叢3D-STIR掃描，可將掃描時間控制在5 min以內，這對于臂叢嚴重損傷或年齡較大難以耐受長時間掃描的患者，具有較好的應用價值[7]。

3.2 自制輔助裝置的應用價值:臂叢神經MRI成像的關鍵在于如何克服頸肩部局部磁場B0的不均勻性，提高脂肪的抑制效果[8-9]。頸肩部的幾何形態不規則、與空氣接觸面積較大、組織結構復雜，各種組織間磁化率差異較大等諸多綜合因素共同導致局部磁場B0的不均勻性，脂肪抑制失敗。針對上述因素，自制輔助裝置通過填充受試者頸肩部與線圈之間的幾何空間，具有改變空間形態，縮小頸肩部軟組織-空氣接觸面積，提高局部組織磁化率均勻性等功能，能夠有效提高B0磁場的均勻性，增強脂肪抑制效果，提高臂叢神經MRI成像質量。李鵬等以內部填充碳酸鈣粉、液狀石蠟、甘油混合物的自制輔助裝置進行實驗，研究結果發現，該裝置能夠有效解決臂叢神經MRI成像時頸肩部偽影及脂肪抑制效果不佳等問題，顯著提高臂叢神經成像質量。本次實驗所選用的自制輔助裝置內部由食用大米填充，外部由醫用棉質布袋組成，具有制作簡便、費用低廉、舒適性佳、可操作性強等諸多優勢。研究結果表明，實驗組較對照組臂叢圖像質量得到顯著提高，說明該型自制輔助裝置在提高臂叢神經MRI圖像中能夠取得良好效果。而腋動脈水平臂叢神經MRI圖像質量并無明顯改善，分析其原因可能是該部位臂叢神經走形位置較深，自制輔助裝置對其周圍磁場均勻性未能產生足夠影響，導致脂肪抑制欠佳，該結果與文獻報道一致[10]。

本次研究尚存在一定不足，如研究樣本數量仍偏小，未對實驗對象個體差異進行研究分析等。另一方面，本次研究所用自制輔助裝置的內部填充材料屬于食用材料，長期使用存在易霉腐、易變質的風險，需要定期檢測、定時更換等，增加了長期使用的成本。此外，本次研究發現平掃3D-STIR掃描序列無法有效壓制頸部小血管及小淋巴管信號，增加了臂叢神經背景信號干擾。有文獻報道稱[1,11]，低濃度(0.1～0.2 mmol/kg)靜脈注射Gd-DTPA后，能夠有效縮短機體組織T1弛豫時間，而對T2弛豫時間影響較小，因此通過增強3D-STIR序列能夠有效抑制小血管及小淋巴管信號，增強臂叢神經與周圍背景信號的對比，從而進一步提高圖像質量。由于受對比劑價格及患者接受程度等各種因素限制，本次實驗僅對部分患者進行增強掃描，所見頸部淋巴結信號得到了有效抑制。

綜上所述，3D-STIR掃描序列在臂叢神經MRI成像中具有重要應用價值，結合自制輔助裝置能夠有效提高臂叢神經MRI的圖像質量，該掃描序列及自制輔助裝置仍存在一定不足之處，期待進一步研究、討論。