磁共振功能成像技术在老年人术后认知功能障碍中的应用进展＊

魏 晓 综述，田国刚审校（中南大学湘雅医学院附属海口医院／海南省海口市人民医院麻醉科 570208）

术后认知功能障碍（postoperative cognitive dysfunction，POCD）是指术前无精神障碍的患者受围术期多种因素的影响出现神经精神并发症，表现为情感改变、意识与认知障碍等，以老年人常见，成为困扰临床的一大难题［1］。近年来，随着磁共振功能成像或功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）技术的日趋完善，实现了从传统单纯显示解剖结构变化的MRI模式到反映细胞分子水平变化的飞跃，为老年人术后认知功能的术前评估、诊断及效果评价开拓了新的视野，现将其在老年人POCD中的应用进展作一综述。

1 POCD的定义

POCD目前没有统一的定义，根据北美精神障碍诊断和统计手册，POCD属于轻度的神经认知障碍，是指术前没有精神障碍的患者，受围术期各种因素的影响，出现的焦虑、情感异常、认知能力减退和记忆受损等神经精神并发症。尽管POCD病因尚不明确，可能涉及患者基础疾病、麻醉和手术等原因，但老龄是POCD惟一确定的危险因素［2－4］。老年人的中枢神经系统随着年龄的增长发生了退行性改变［5］，大脑质量、神经元数量减少及血管弹性减低造成血流速度减慢等因素造成老年人认知功能下降，60岁以后这一改变加速。但认知功能下降程度也有个体差异，大多数老年人未表现出认知能力减退和记忆力受损等方面的临床症状，当在麻醉、手术等多种围术期因素的作用下，认知功能进一步恶化，表现为POCD。国外一项研究亦显示［7］，60～69岁的老年患者术后第1周POCD的发生率为23%，大于70岁的患者则为29%，这一结果反映了POCD的风险随着年龄的增加而增加。老年人中枢神经系统退行性变和血管受损等病理生理改变成为fMRI技术研究POCD的基础之一。

2 POCD的诊断标准

神经心理学测试是目前临床诊断和研究POCD最常用的方法，包括简易精神状态量表（mini mental state examination，MMSE）、韦氏成年人智力量表中国修订版（WAIS－RC）和洛文斯顿作业疗法认知评定量表（LOTCA）等，其中MMSE是国内最具影响的认知功能障碍诊断和筛选工具之一，可检查患者定向力、注意力、回忆、语言和即刻记忆力等。不过这些神经心理学测试量表评估结果受年龄、教育程度、注意力等多种因素的影响，所以评估结果的可重复性和可信度不高，无法实现术前对POCD的预测性诊断，不利于临床对老年人POCD的早预防、早诊断以及效果评价。

3 磁共振功能成像的定义和范畴

fMRI是在常规MRI基础上迅速发展起来的一系列新兴的成像技术，能够满足对人体（或动物体）的功能进行研究和检测。理论上讲，凡是以反映组织、器官功能状态为成像目标的MRI技术都称之为功能性磁共振成像［7］。fMRI技术除了能够提供高分辨率、对比度的组织结构信息，而且可以显示人体的生理及病理生理过程，提供动态和功能方面的信息，实现了从传统单纯显示解剖结构变化的MRI模式到反映细胞分子水平变化的飞跃。目前临床上应用广泛且成熟的fMRI技术包括弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）、灌注成像（perfusion weighted imaging，PWI）、弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）和血氧水平依赖（blood oxygenation level dependant，BOLD）磁共振成像，另外磁敏感成像、弹力成像亦属于fMRI的范畴，其中血氧水平依赖fMRI也称为狭义的fMRI。这些fMRI技术作为目前神经影像学在组织器官乃至细胞分子水平方面的功能性研究，为老年人POCD的早期诊断，减少POCD的发生走出开拓性的一步。

4 fMRI在POCD的应用

4.1 BOLD－fMRI在 POCD中的应用 BOLD－fMRI以脱氧血红蛋白的磁敏感效应为基础，当局部脑皮质在经特定的任务刺激后，氧的摄取和血流之间产生不平衡，去氧血红蛋白与氧合血红蛋白的比例发生改变，造成磁场信号的强度发生改变，fMRI通过检测这种变化对脑组织进行实时的功能成像。BOLD－fMRI是脑映射和认知神经科学领域的驱动力，它已被用来作为一种非侵入性工具，通过神经血管耦合理论描述和量化脑功能［8］，目前在阿尔茨海默病、癫痫及精神分裂症等认知功能障碍疾病中得到了广泛应用。有学者对11例健康老年人，9例MCI和9例阿尔兹海默病患者进行记忆编码时发现，与正常对照组相比，MCI组和AD组颞叶内侧皮质的激活减低，并认为fMRI对MCI和AD前驱期的变化有足够的敏感性，可以做到早期诊断。Lin等［9］通过局部脑氧饱和度（RSO）在预测接受全髋关节置换术后发生认知功能障碍的研究后认为年龄的增加为POCD显著的危险因素，RSO（2%以下）预测年龄大于50岁患者发生POCD的特异度和敏感度分别为77.8%和86.5%。Papadopoulos等［10］也得出同样的结论，这也间接提供了BOLD－fMRI在预测POCD应用价值的理论依据。

4.2 PWI在POCD中的应用 MRI灌注成像可以反映组织微观血流动力学的信息，根据成像原理分为静脉团注顺磁性对比剂（如GD－DTPA）动态增强 MRI和动脉自旋标记技术，目前临床上广泛动态增强fMRI，通过分析造影剂首次通过受检组织时引起组织信号强度的变化，测量出感兴趣区rCBV、rCBF等血流动力学参数，可在体反映其微血管灌注、血管生成程度及血管通透性。Wilson等［11］在对22例颈动脉内膜剥脱术患者进行磁共振灌注扫描后发现，29%的患者术后1d出现神经认知功能障碍，且所有认知功能障碍的患者表现出CBF不对称，而只有27%的患者没有出现认知功能障碍，推测颈动脉内膜剥脱术患者发生POCD和CBF的异常有关。同样，有研究显示心脏手术后，贫血和年龄相互作用，影响围术期患者的脑血流量和潜在的脑代谢状况，这对理解围术期脑梗死和POCD有重要的提示作用［12］。正是基于老年人中枢神经系统的退行性改变和脑血流的变化，磁共振灌注成像在POCD研究中的作用愈发明显。

4.3 DWI和DTI在POCD中的应用 DWI是一种新的功能成像方法，是目前惟一能在活体进行水分子扩散运动测量的方法，并采用表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）定量描述水分子扩散运动状况。ADC值是反映水分子整体弥散水平和弥散阻力的整体情况，影响ADC值大小的因素很多，细胞密度、核质比、细胞膜通透性、细胞外间隙及扩散介质黏滞性的不同，水分子的扩散速度也不同［13］。老年人神经元数量减少和细胞外间隙扩大等多重因素，成为DWI研究老年人POCD基础。多项研究借助对老年人术前行DWI检查，认为老年人术前存在脑缺血性病变与术后发生认知功能障碍有很高的相关性［14－15］。国外学者 Gerriets等［16］在比较106例行选择性冠脉搭桥的患者发生远期POCD的评估方法后认为，DWI、年龄、生物标志物和早期神经心理床边测试和术中变量对预测远期POCD均具有较高的准确性。

DTI是无创性评价脑白质纤维走行方向的有效方法，并能定量分析纤维束的完整性。各向异性分数（fractional anisotropy，FA）为弥散张量的各向异性成分与整个弥散张量的比值，是DTI中最常用的参数，是评价各向异性较敏感的指标。平均扩散系数（mean diffusivity，MD）是DTI中的另一个常用参数，反映分子整体弥散水平和弥散阻力的整体情况，类似ADC值。物质的结构决定性质，组织微观结构发生改变的病理过程如细胞水肿、细胞外间隙的扩大或缩小、有机组织的减少等，都可导致弥散的改变。Nanba等［17］通过对70例颈动脉内膜剥脱术的患者分别于术前、术后1个月行DTI检查，对比分析FA值的变化，认为颈动脉内膜剥脱术后脑过度灌注造成的脑白质损伤与POCD相关，推测DTI可以对POCD有一定的早期诊断作用。

4.41H－MRS在POCD中的应用1H－MRS是影像学近年来发展的新技术，它能提供组织代谢物的化学信息，是目前惟一的无创性研究组织代谢、生化变化和化合物定量分析的方法。1H－MRS可以检测活体器官组织中NAA、Cho、Ml及Cr等不同代谢产物浓度。其中NAA被公认是神经元的内标志物，其含量多少可反映神经元的功能状况及脑神经元细胞的完整性。而正常情况下脑白质的Cho含量比脑灰质高，在病理状态下，神经细胞膜、髓鞘和神经脂类崩解以及胶质细胞增生、神经细胞膜修复等因素导致Cho浓度升高。研究显示［18］，在POCD老年患者中，内侧颞叶NAA／Cr比值下降较明显，1HMRS能无创性提供POCD患者脑部的代谢情况，其中NAA／Cr有助于POCD的预测。而李玉芳［19］在研究前额叶氢质子磁共振波谱与老年患者POCD的关系后发现，POCD组患者前额叶NAA／Cr值比非POCD组显著下降，推测术前前额叶1HMRS检测对老年患者POCD的发生亦有一定的预测价值。

综上所述，fMRI可以反映大脑的神经活动水平，能提供大脑的血流情况、代谢水平、水分子的弥散、白质纤维的完整性等微观结构的动态和功能方面的信息，成为一种全新的评价术后认知功能的影像学手段，并为临床早期预测、诊断和评价POCD提供客观和直观的影像学依据。

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