臂丛神经损伤59例磁共振成像的体素辅助诊断

彭爱琴， 胡春峰

(1. 徐州医科大学医学影像学院， 江苏 徐州 221004； 2. 徐州医科大学附属沭阳医院影像科， 江苏 沭阳 223600； 3. 徐州医科大学附属医院影像科， 江苏 徐州 221006)

臂丛神经损伤是上肢最为严重的创伤，直接临床表现为上肢功能障碍或丧失，甚至终生残疾[1-3]。相较于电生理、超声以及体感诱发电位等方法，磁共振成像(MRI)凭借敏感的形态异常(肿胀、增粗)伴信号改变(长T2渗出信号)已成为诊断臂丛神经损伤的首选，且是神经修复术的重要评估依据[4-6]。然而，臂丛神经损伤的MRI诊断能力仍有待进一步提升，部分患者首诊MRI未见神经损伤的形态及信号异常，而在随后数月症状持续加重并错失最佳治疗期[7-8]。本研究借助医工结合的模式，运用体素计算方案对此类患者的首诊MRI进行回顾性分析，旨在提升臂丛神经损伤的MRI诊断率，更好地为手术及治疗提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2016年3月至2019年3月于我院确诊的臂丛神经损伤患者资料。入组标准： ① 以肩部外伤为主诉入院就诊； ② 首诊MRI未见臂丛神经形态及信号异常； ③ 复诊时经MRI或手术确诊； ④ 性别不限； ⑤ 存在伤侧上肢功能和感觉的轻度障碍或无障碍。排除标准： ① 严重的颈椎病； ② 臂丛区手术史； ③ 颈部发育异常； ④ 非外伤性臂丛神经损伤。共收集符合上述标准患者59例，均为单侧起病，平均年龄(34.6±3.2)岁，平均身高(167.8±13.3)cm，平均体重(61.2±5.9)kg；其中，肩部撞击伤40例，车祸擦伤11例，物体砸伤8例，未见高处坠落伤病例。另于我院邻近社区随机收集20例受试者作为健康对照组，平均年龄(28.5±2.9)岁，平均身高(167.1±14.6)cm，平均体重(50.1±7.8)kg。两组受试者一般资料比较无统计学差异(P>0.05)。所有受试者对资料使用均签署书面知情同意书，且项目实施经医院伦理委员会批准。

1.2 磁共振成像

受试者检查前被要求平静情绪，尽力保持腹式呼吸，避免吞咽动作，头先进仰卧位。MRI图像采集采用西门子Skyra 3.0T磁共振仪器，使用20通道头颈线圈，扫描方案包括颈部常规扫描和臂丛神经扫描。常规扫描：轴位T1WI、轴位T2WI、轴位TIRM。扫描范围为胸2-颈4水平，扫描宽度左肩至右肩，扫描方向平行于颈椎椎体。臂丛神经扫描：为更好显示臂丛神经走形，扫描采用TIRM序列行冠状位采集。序列参数：重复时间3 800 ms，回波时间180 ms，反转时间210 ms，层厚2.0 mm，平均次数1，视野250 mm×250 mm，矩阵256×256；扫描范围参照横轴位图像，基线与伤侧臂丛神经走形方向保持一致。扫描图像导入西门子配套图形工作站，由本科室两名高年资主治医师对其进行评判，意见分歧时交于上级医师审定。

1.3 体素辅助分析

将受试者MRI图像经工作站拷贝至linux系统平台电脑，体素辅助分析采用基于C++和Delphi开发的体素特征计算。主要步骤包括： ① 磁场信号的灰度值锁定和序列解析(3.0 T场强/抑脂抑水)。② 臂丛神经信号的提取和特征识别学习(极值探测、方向位置分配、回归拟合、极化权重、特征矢量归一)。③ 基于机器学习构建模拟器(随机森林)。④ 体素分类和筛选(二分类)。可视化界面体素信号呈现随臂丛神经走形分布，信号强度均匀，走形平滑。臂丛神经撕裂处体素信号成截断样信号丢失表现，局部Y值显著减低(臂丛神经周围为软组织)。每名受试者取3次检测，以最显著值纳入统计学分析。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 常规MRI分析

健康对照组的常规MRI显示臂丛神经走形规则，神经粗细均匀，TIRM序列呈现为均匀性稍高信号，境界清晰。常规分析臂丛神经损伤患者的首诊MRI，24例诊断为轻度损伤可能(24/59，40.68%)，MRI图像上未见明显渗出样高信号及神经增粗，T2WI仅表现臂丛神经局部线样稍高信号。常规分析复诊的MRI，51例成功诊断(51/59，86.44%)，其中25例表现为臂丛神经增粗伴周围渗出信号，19例表现为臂丛神经增粗伴周围组织增生，7例仅表现为臂丛神经周围渗出。

2.2 首诊MRI体素辅助诊断

首诊MRI的体素辅助诊断结果显示，健康对照组臂丛神经体素分析信号均匀，呈规则线状波形信号；而在59例臂丛神经损伤患者中，54例成功诊断(54/59)，体素分析信号表现为局部显著性截断下降，规则性波形结构消失，截断位置与损伤部位和范围对应，其诊断成功率显著高于首诊时常规MRI(54/59与24/59，χ2=34.039，P<0.01)。如图1。

图1 首诊MRI体素辅助诊断

2.3 复诊MRI体素辅助诊断

复诊MRI的体素辅助诊断结果显示，59例臂丛神经损伤患者均成功诊断(59/59)，体素分析信号表现为病变区错乱的体素信号曲线，且其偏幅和位移较首诊MRI体素信号更加显著，其诊断成功率显著高于复诊时的常规MRI(59/59与51/59，χ2=8.582，P<0.01)。如图2。

图2 复诊MRI体素辅助诊断

3 讨论

本研究以常规MRI和体素辅助分析相结合的方式对臂丛神经损伤的诊断效能做出评价，结果提示，无论在臂丛神经损伤的首诊还是复诊中，体素辅助分析均显示其较强的诊断能力，尤其是对损伤部位未见明显渗出或形态学异常的患者，即临床实际工作中的常规MRI假阴性现象，其本质原因或可归因于常规MRI诊断对于肉眼形态变化及高信号的依赖[9-11]。因周围软组织信号的衬托，臂丛神经在常规MRI呈现条索状高信号，轻度损伤或损伤间隔期过短常致影像科医师难以发现其内在的异常信号[12-13]。尽管常规MRI作为臂丛神经损伤的首选方案，但来自Radiology的荟萃分析确认其检测损伤的平均特异性仅为72%(95%可信区间：42%～90%)[14]。临床医师及患者因此常误认为未被损伤而选择离院观察直至患者感觉损伤疼痛加剧再次就诊。

影像医师的肉眼分辨率决定了影像诊断的精度，虽然肉眼存在500万的视锥细胞和过亿的视杆细胞，理论分辨力在0.03 mm左右，但因视网膜感光细胞分布、光线及背景等影响，其实际分辨率仅在0.1 mm，加之常规MRI图像信号的丢失及流失，临床实际分辨能力进一步受限[15-16]。体素辅助分析的本质是图像体素信号的解析，是一种不依赖于肉眼视觉的新型分析方案，其进阶方案亦是近年愈发盛行的纹理分析和影像组学分析的重要分支[17-19]。本研究结果也充分证实基于体素信号分析的辅助诊断可以极大提升常规MRI的诊断能力，且实施方案无需复杂计算，简单易行，符合现阶段日益繁重的影像科实际工作现状[20]。同时提示臂丛神经损伤的MRI诊断中，不仅需关注神经形态的变化和周围异常高信号，还需结合外伤史，对隐藏在臂丛神经自身的等高信号中的损伤高信号要格外留意和斟酌，尽力避免漏诊。

综上，尽管本研究存在样本量少，缺乏随访跟踪等不足，但相关结果为臂丛神经损伤的影像学诊断和临床治疗提供了有力的补充和依据。