臂叢神經(jīng)損傷59例磁共振成像的體素輔助診斷

彭愛(ài)琴， 胡春峰

(1. 徐州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院， 江蘇 徐州 221004； 2. 徐州醫(yī)科大學(xué)附屬沭陽(yáng)醫(yī)院影像科， 江蘇 沭陽(yáng) 223600； 3. 徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院影像科， 江蘇 徐州 221006)

臂叢神經(jīng)損傷是上肢最為嚴(yán)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(hào)改變(長(zhǎng)T2滲出信號(hào))已成為診斷臂叢神經(jīng)損傷的首選，且是神經(jīng)修復(fù)術(shù)的重要評(píng)估依據(jù)[4-6]。然而，臂叢神經(jīng)損傷的MRI診斷能力仍有待進(jìn)一步提升，部分患者首診MRI未見(jiàn)神經(jīng)損傷的形態(tài)及信號(hào)異常，而在隨后數(shù)月癥狀持續(xù)加重并錯(cuò)失最佳治療期[7-8]。本研究借助醫(yī)工結(jié)合的模式，運(yùn)用體素計(jì)算方案對(duì)此類患者的首診MRI進(jìn)行回顧性分析，旨在提升臂叢神經(jīng)損傷的MRI診斷率，更好地為手術(shù)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(jīng)損傷患者資料。入組標(biāo)準(zhǔn)： ① 以肩部外傷為主訴入院就診； ② 首診MRI未見(jiàn)臂叢神經(jīng)形態(tài)及信號(hào)異常； ③ 復(fù)診時(shí)經(jīng)MRI或手術(shù)確診； ④ 性別不限； ⑤ 存在傷側(cè)上肢功能和感覺(jué)的輕度障礙或無(wú)障礙。排除標(biāo)準(zhǔn)： ① 嚴(yán)重的頸椎??； ② 臂叢區(qū)手術(shù)史； ③ 頸部發(fā)育異常； ④ 非外傷性臂叢神經(jīng)損傷。共收集符合上述標(biāo)準(zhǔn)患者59例，均為單側(cè)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(jiàn)高處墜落傷病例。另于我院鄰近社區(qū)隨機(jī)收集20例受試者作為健康對(duì)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。所有受試者對(duì)資料使用均簽署書(shū)面知情同意書(shū)，且項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

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(dòng)作，頭先進(jìn)仰臥位。MRI圖像采集采用西門(mén)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(jīng)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(jīng)掃描：為更好顯示臂叢神經(jīng)走形，掃描采用TIRM序列行冠狀位采集。序列參數(shù)：重復(fù)時(shí)間3 800 ms，回波時(shí)間180 ms，反轉(zhuǎn)時(shí)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(cè)臂叢神經(jīng)走形方向保持一致。掃描圖像導(dǎo)入西門(mén)子配套圖形工作站，由本科室兩名高年資主治醫(yī)師對(duì)其進(jìn)行評(píng)判，意見(jiàn)分歧時(shí)交于上級(jí)醫(yī)師審定。

1.3 體素輔助分析

將受試者M(jìn)RI圖像經(jīng)工作站拷貝至linux系統(tǒng)平臺(tái)電腦，體素輔助分析采用基于C++和Delphi開(kāi)發(fā)的體素特征計(jì)算。主要步驟包括： ① 磁場(chǎng)信號(hào)的灰度值鎖定和序列解析(3.0 T場(chǎng)強(qiáng)/抑脂抑水)。② 臂叢神經(jīng)信號(hào)的提取和特征識(shí)別學(xué)習(xí)(極值探測(cè)、方向位置分配、回歸擬合、極化權(quán)重、特征矢量歸一)。③ 基于機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建模擬器(隨機(jī)森林)。④ 體素分類和篩選(二分類)?？梢暬缑骟w素信號(hào)呈現(xiàn)隨臂叢神經(jīng)走形分布，信號(hào)強(qiáng)度均勻，走形平滑。臂叢神經(jīng)撕裂處體素信號(hào)成截?cái)鄻有盘?hào)丟失表現(xiàn)，局部Y值顯著減低(臂叢神經(jīng)周圍為軟組織)。每名受試者取3次檢測(cè)，以最顯著值納入統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)MRI分析

健康對(duì)照組的常規(guī)MRI顯示臂叢神經(jīng)走形規(guī)則，神經(jīng)粗細(xì)均勻，TIRM序列呈現(xiàn)為均勻性稍高信號(hào)，境界清晰。常規(guī)分析臂叢神經(jīng)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(jiàn)明顯滲出樣高信號(hào)及神經(jīng)增粗，T2WI僅表現(xiàn)臂叢神經(jīng)局部線樣稍高信號(hào)。常規(guī)分析復(fù)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(jīng)增粗伴周圍滲出信號(hào)，19例表現(xiàn)為臂叢神經(jīng)增粗伴周圍組織增生，7例僅表現(xiàn)為臂叢神經(jīng)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(jié)果顯示，健康對(duì)照組臂叢神經(jīng)體素分析信號(hào)均勻，呈規(guī)則線狀波形信號(hào)；而在59例臂叢神經(jīng)損傷患者中，54例成功診斷(54/59)，體素分析信號(hào)表現(xiàn)為局部顯著性截?cái)嘞陆担?guī)則性波形結(jié)構(gòu)消失，截?cái)辔恢门c損傷部位和范圍對(duì)應(yīng)，其診斷成功率顯著高于首診時(shí)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(fù)診MRI體素輔助診斷

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

圖2 復(fù)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(jié)合的方式對(duì)臂叢神經(jīng)損傷的診斷效能做出評(píng)價(jià)，結(jié)果提示，無(wú)論在臂叢神經(jīng)損傷的首診還是復(fù)診中，體素輔助分析均顯示其較強(qiáng)的診斷能力，尤其是對(duì)損傷部位未見(jiàn)明顯滲出或形態(tài)學(xué)異常的患者，即臨床實(shí)際工作中的常規(guī)MRI假陰性現(xiàn)象，其本質(zhì)原因或可歸因于常規(guī)MRI診斷對(duì)于肉眼形態(tài)變化及高信號(hào)的依賴[9-11]。因周圍軟組織信號(hào)的襯托，臂叢神經(jīng)在常規(guī)MRI呈現(xiàn)條索狀高信號(hào)，輕度損傷或損傷間隔期過(guò)短常致影像科醫(yī)師難以發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在的異常信號(hào)[12-13]。盡管常規(guī)MRI作為臂叢神經(jīng)損傷的首選方案，但來(lái)自Radiology的薈萃分析確認(rèn)其檢測(cè)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(rèn)為未被損傷而選擇離院觀察直至患者感覺(jué)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(wàn)的視錐細(xì)胞和過(guò)億的視桿細(xì)胞，理論分辨力在0.03 mm左右，但因視網(wǎng)膜感光細(xì)胞分布、光線及背景等影響，其實(shí)際分辨率僅在0.1 mm，加之常規(guī)MRI圖像信號(hào)的丟失及流失，臨床實(shí)際分辨能力進(jìn)一步受限[15-16]。體素輔助分析的本質(zhì)是圖像體素信號(hào)的解析，是一種不依賴于肉眼視覺(jué)的新型分析方案，其進(jìn)階方案亦是近年愈發(fā)盛行的紋理分析和影像組學(xué)分析的重要分支[17-19]。本研究結(jié)果也充分證實(shí)基于體素信號(hào)分析的輔助診斷可以極大提升常規(guī)MRI的診斷能力，且實(shí)施方案無(wú)需復(fù)雜計(jì)算，簡(jiǎn)單易行，符合現(xiàn)階段日益繁重的影像科實(shí)際工作現(xiàn)狀[20]。同時(shí)提示臂叢神經(jīng)損傷的MRI診斷中，不僅需關(guān)注神經(jīng)形態(tài)的變化和周圍異常高信號(hào)，還需結(jié)合外傷史，對(duì)隱藏在臂叢神經(jīng)自身的等高信號(hào)中的損傷高信號(hào)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(guān)結(jié)果為臂叢神經(jīng)損傷的影像學(xué)診斷和臨床治療提供了有力的補(bǔ)充和依據(jù)。