自制辅助装置结合3D-STIR在提高臂丛神经MR成像质量的应用研究

虎玉龙,高 雅,杨春华,吴东波,郝万庆,哈若水,朱蓉蓉

臂丛神经成像对于诊断、治疗、评估臂丛神经病变严重程度均具有重要临床意义，提高臂丛神经影像质量一直以来都是影像学研究的难点与热点。相对于脊髓造影，MRI具有安全无创、软组织分辨率高等优势，其3D-STIR序列(3D-STIR)能够三维显示臂丛神经解剖走形，目前，已在臂丛神经MR成像中得到广泛应用[1-2]。颈部解剖结构相对复杂、局部磁场不均匀、各种组织间磁化率差异较大等诸多因素，导致臂丛神经MRI图像较容易出现明显的化学位移伪影及磁化率伪影，图像质量尚需要进一步提高。有文献报道称自制辅助装置通过相对减小局部磁场差异，改善3D-STIR 脂肪抑制均匀程度，能有效提高臂丛神经MR成像质量[3]。本次实验旨在采用自制辅助装置，研究其在提高臂丛神经MRI成像质量中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料：2019年1月-2019年6月招募健康志愿者30名，男15名，女15名，年龄20～45岁；所有受试对象均否认臂丛神经外伤、炎症或肿瘤等病史，无任何外周神经系统症状及体征，告知所有受试者此次试验目的并签署知情同意书。

1.2 自制辅助装置：自制辅助装置由内部填充材料和外部固定装置两部分组成。内部填充材料由食用大米组成，外部固定装置由医用棉质布袋组成，左右各一，扫描前将组件前后环绕患者颈肩部放置。

1.3 设备与方法：采用飞利浦Ingenia 3.0T磁共振扫描仪，使用8通道头颈联合线圈。受试者取仰卧位，头先进。3D-STIR序列扫描参数：TR/TE 2 500 ms/70.5ms，FOV 320 mm×320 mm，矩阵288×288，层厚1.6 mm，层间距0.8 mm，图像层数约80～100层，扫描时间约5 min。3D-STIR序列采用斜冠状位扫描，扫描时加匀场及前后饱和带。第一次扫描未使用自制辅助装置(对照组)，第二次扫描使用自制辅助装置(实验组)。

1.4 图像后处理：所有扫描在飞利浦工作站进行观察、测量。图像由两位经验丰富的医师进行评估，主要依据臂丛神经显示清晰度、脂肪及背景抑制程度、出现伪影程度进行主观评分，1分最差，4分最优，意见不同时经讨论达成一致。图像测量采用双盲法，由两位经验丰富的技师分别在臂丛神经根、锁骨下、肩锁关节、腋动脉水平放置ROI，测量臂丛神经、肌肉、背景噪声信号强度(SI)，计算神经信噪比SNR和对比噪声比CNR。SNR=神经信号/背景噪声信号；CNR=(神经信号-肌肉信号)/背景噪声信号。

2 结果

2.1 主观评分对比:扫描完成后，由两位经验丰富的诊断医师对图像进行主观评分，所得分数如表1所示，与对照组相比，实验组主观评分高于对照组，差异具有统计学意义(Z=6.43，P<0.05)。

表1 实验组与对照组臂丛神经主观评分对比

2.2 三维重建对臂丛神经各段显示阳性率对比:扫描完成后，对图像进行三维重建，统计2组图像对臂丛神经各段显示情况，如表2所示，与对照组相比，实验组对臂丛神经各段显示阳性率较高，差异具有统计学意义。

表2 实验组与对照组三维重建臂丛神经各段显示对比

2.3 臂丛神经信号强度及SNR、CNR值对比：扫描完成后测量臂丛神经各段进行测量信号强度SI值，计算臂丛神经平均SNR、CNR值，所得结果如表2、表3所示，与对照组相比，除腋动脉水平外，实验组臂丛神经各段信号强度增加，差异具有统计学意义。

表3 实验组与对照组臂丛神经信号强度及SNR、CNR值对比

3 讨论

3.1 臂丛神经的解剖特点及3D-STIR应用优势:臂丛神经是由C5-8神经前支和T1神经前支大部分组成的复杂周围神经网络，臂丛神经自相应椎间孔即“五根”发出，后向外下延续走形，在锁骨上窝内上方形成上、中、下“三干”，每干均可分为前、后两股，即“六股”，后于锁骨上水平形成内侧、后侧、外侧“三束”；臂丛神经后束主要发出腋神经和桡神经，外侧束与内侧束共同延续发出正中神经，各自另分别发出肌皮神经及尺神经，即“五支”[4]。神经解剖学将臂丛分为神经节前、后两个部分，神经节之后椎管以外者称为臂丛神经节后部分，是外伤、炎症、肿瘤等疾病的好发部位，因此影像学对臂丛神经节后部分的清晰显示，对诊断臂丛疾病及评估预后有重要临床意义。MRI具有较高的软组织分辨率，在神经影像学研究中具有独特优势。

目前，临床应用相对成熟的臂丛神经MRI成像序列主要包括反转恢复脂肪抑制成像技术(STIR)及背景信号抑制弥散加权成像技术(DWIBS)。根据文献报道，DWIBS成像序列由于抑制自由水信号，对颈部血管及小淋巴管结具有较好的抑制效果，但对较为纤细的神经有时难以清晰显示，所以对于臂丛神经细节显示效果相对STIR技术稍差[5-6]。本次研究采用的3D-STIR成像技术是近几年快速发展的MRI神经成像序列，在臂丛神经MRI成像中具有诸多优势。3D-STIR技术的本质是一种重T2脂肪抑制序列，具有较好的背景抑制效果，臂丛神经呈现均匀高信号影，能够与周围软组织形成较好对比度；此外，相较于2D-STIR扫描序列，3D-STIR扫描技术具有薄层、层间距小、多层数、大FOV成像扫描等优势，并且扫描完成后可在工作站进行三维重建，多维度、多角度旋转的观测，更能满足神经影像学的诊断要求。另一方面，3D-STIR扫描序列采用可变反转角的超长回波链，能够大大缩短扫描时间。本次实验以健康志愿者为研究对象行臂丛3D-STIR扫描，可将扫描时间控制在5 min以内，这对于臂丛严重损伤或年龄较大难以耐受长时间扫描的患者，具有较好的应用价值[7]。

3.2 自制辅助装置的应用价值:臂丛神经MRI成像的关键在于如何克服颈肩部局部磁场B0的不均匀性，提高脂肪的抑制效果[8-9]。颈肩部的几何形态不规则、与空气接触面积较大、组织结构复杂，各种组织间磁化率差异较大等诸多综合因素共同导致局部磁场B0的不均匀性，脂肪抑制失败。针对上述因素，自制辅助装置通过填充受试者颈肩部与线圈之间的几何空间，具有改变空间形态，缩小颈肩部软组织-空气接触面积，提高局部组织磁化率均匀性等功能，能够有效提高B0磁场的均匀性，增强脂肪抑制效果，提高臂丛神经MRI成像质量。李鹏等以内部填充碳酸钙粉、液状石蜡、甘油混合物的自制辅助装置进行实验，研究结果发现，该装置能够有效解决臂丛神经MRI成像时颈肩部伪影及脂肪抑制效果不佳等问题，显著提高臂丛神经成像质量。本次实验所选用的自制辅助装置内部由食用大米填充，外部由医用棉质布袋组成，具有制作简便、费用低廉、舒适性佳、可操作性强等诸多优势。研究结果表明，实验组较对照组臂丛图像质量得到显著提高，说明该型自制辅助装置在提高臂丛神经MRI图像中能够取得良好效果。而腋动脉水平臂丛神经MRI图像质量并无明显改善，分析其原因可能是该部位臂丛神经走形位置较深，自制辅助装置对其周围磁场均匀性未能产生足够影响，导致脂肪抑制欠佳，该结果与文献报道一致[10]。

本次研究尚存在一定不足，如研究样本数量仍偏小，未对实验对象个体差异进行研究分析等。另一方面，本次研究所用自制辅助装置的内部填充材料属于食用材料，长期使用存在易霉腐、易变质的风险，需要定期检测、定时更换等，增加了长期使用的成本。此外，本次研究发现平扫3D-STIR扫描序列无法有效压制颈部小血管及小淋巴管信号，增加了臂丛神经背景信号干扰。有文献报道称[1,11]，低浓度(0.1～0.2 mmol/kg)静脉注射Gd-DTPA后，能够有效缩短机体组织T1弛豫时间，而对T2弛豫时间影响较小，因此通过增强3D-STIR序列能够有效抑制小血管及小淋巴管信号，增强臂丛神经与周围背景信号的对比，从而进一步提高图像质量。由于受对比剂价格及患者接受程度等各种因素限制，本次实验仅对部分患者进行增强扫描，所见颈部淋巴结信号得到了有效抑制。

综上所述，3D-STIR扫描序列在臂丛神经MRI成像中具有重要应用价值，结合自制辅助装置能够有效提高臂丛神经MRI的图像质量，该扫描序列及自制辅助装置仍存在一定不足之处，期待进一步研究、讨论。