MRI在监测一氧化碳中毒脑损伤中的应用

张艳利 王天红 郭顺林 田小雪 雷军强

MRI在监测一氧化碳中毒脑损伤中的应用

张艳利 王天红 郭顺林 田小雪 雷军强

一氧化碳中毒；脑损伤；中枢神经系统；磁共振成像；综述

一氧化碳（carbonic oxide，CO）中毒是较为常见的生活中毒和职业中毒；而作为易受损伤的器官之一，大脑的神经系统常出现不同程度伤害。中毒幸存者通常有3种临床表现：①急性期出现短暂神经系统症状，无后遗症；②急性期至慢性期症状持续存在，预后较差；③10%～40%的患者经过2～60 d的“假愈期”后出现严重的神经精神后发症——迟发脑病（delayed neuropsychiatric sequelae，DNS）[1-2]。

近年来，国内外有大量关于不同MRI成像序列监测CO中毒后继发脑损伤的研究报道，主要集中于评价CO造成脑组织损害的范围程度、病理机制、治疗效果和预后判断等方面。本文将对已报道的常规MRI平扫、扩散加权成像（DWI）、扩散张量成像（DTI）、磁共振波谱（MRS）、磁敏感加权成像（SWI）在CO中毒脑损伤中的应用情况进行综述。

1 CO中毒脑损伤的发病机制

CO吸入人体后，85%的CO与血液中红细胞的血红蛋白（hemoglobin，Hb）结合，形成稳定的碳氧血红蛋白（carboxyhemoglobin，COHb），COHb使Hb解离曲线左移，使得氧气的释放受阻造成组织缺氧[3]。另外，CO与还原型细胞色素氧化酶二价铁结合，抑制细胞色素氧化酶活性，影响细胞呼吸和氧化过程，阻碍氧的利用。在缺氧环境下，脑内小血管麻痹、扩张，脑内ATP迅速耗尽，钠泵运转失常，钠离子蓄积于细胞内而诱发脑细胞水肿；缺氧造成脑内酸性代谢产物蓄积，使血管通透性增加而产生脑组织间质水肿；脑血液循环障碍导致脑血栓形成、脑皮质和基底节局灶性缺血性坏死。CO造成血小板-嗜中性粒细胞的聚集，引起髓过氧化物酶的释放，造成过氧化作用和细胞凋亡[4-5]；释放的过氧化物酶改变了髓磷脂碱蛋白的结构，引起淋巴细胞免疫应答反应，进一步导致脑白质继发脱髓鞘和炎症反应[6]。

2 MRI对CO中毒脑损伤的监测

2.1 常规MRI平扫 吸入CO后所致的脑继发损害可以持续到数年以后，在不同时期，MRI的表现亦有所不同。既往根据CO中毒后不同时期MRI的表现将其分为4期：超期急性（＜24 h）、急性期（24 h～7 d）、亚急性期（8～21 d）和慢性期（＞22 d）[7]。

CO中毒后脑组织损伤典型的MRI表现为苍白球和脑白质区T2WI呈对称性高信号灶（图1、2），其病理改变是苍白球缺血坏死和白质脱髓鞘。苍白球损害最常见，原因可能是苍白球的侧支血管较少，容易受缺氧的影响；另外，CO直接与苍白球区的血红素铁结合，该区是含铁最丰富的区域[8]。也有报道称CO中毒患者白质的损伤比灰质损伤更常见。在一组73例CO中毒患者的前瞻性对照研究中，12%的患者有白质损伤，仅1例有苍白球损伤，且最常见的白质受损区包括半卵圆中心和侧脑室旁的白质，其他受损区还有颞叶、枕叶、顶叶和胼胝体[9]。病灶可表现为对称或不对称，而后者可能与患者的左右供血差异有关[10]。白质损害区有时发现有含铁血黄素沉积，考虑出血性脑梗死或CO中毒后铁的外渗[11-12]。脑干和小脑半球损伤的报道很少，仅为个案报道[13]。

图2 男，70岁，CO中毒11 d。双侧侧脑室旁白质区、胼胝体压部广泛异常信号影，T1呈低信号（A）；T2呈高信号，双侧分布对称（箭，B）

与灰质相比，白质区病变与CO中毒脑损伤的预后更具相关性[14]。目前认为白质进行性脱髓鞘引发DNS[15]。研究显示，T2WI上侧脑室旁及半卵圆中心的高信号在DNS出现后比在DNS出现前更广泛。在慢性期当DNS症状好转后，T2WI高信号会减低，推测慢性期神经纤维再髓鞘化，白质损害的程度与患者预后有关[16-17]。因难于显示早期白质细胞毒性水肿以及微量铁沉积，传统MRI监测白质损害的程度有限。

2.2 DWI DWI序列可定量反映水分子扩散受限的程度，因而比常规MRI更敏感、更早反映细胞毒性水肿，表现为DWI上高信号病灶，对应的ADC值减低。CO中毒后，脑组织缺氧，钠泵运转失常诱发细胞毒性水肿。既往研究表明，最早在CO中毒后的12 h，DWI便可监测到信号异常改变[18]。研究观察白兔中毒后1 h、5 d、7 d、15 d和60 d DNS组与非DNS组双侧大脑皮层ADC值的变化发现，非DNS组ADC值在1 h轻度下降，5 d开始恢复，60 d后恢复正常；而DNS组在1 h明显下降，5 d开始恢复，7 d再次下降，15 d下降最明显，至实验终点未恢复；从而确定ADC值下降程度与脑组织损伤程度存在相关性，急性期ADC值下降的程度能预测DNS出现的可能性[19]。DWI在CO中毒亚急性期及慢性期的应用也有相关报道，上述报道都表明在亚急性期和慢性期白质区的高信号依然存在，对于DNS患者，后遗症发生后的ADC值较后遗症发生前更低，并且会持续1～2个月[20]。在CO中毒后的第5天、第12天及2个月使用DWI监测患者脑部病变情况发现，5 d时苍白球区出现病灶，12 d后病灶信号逐渐减低，2个月后双侧侧脑室旁出现新发病灶，而患者于35 d发生DNS。以上结果表明，细胞毒性水肿和脱髓鞘具有进行性特征，与脑梗死在DWI上的表现不同。脑梗死的ADC值持续降低3～5 d，并在卒中后的1～4周恢复正常[21]。Chen等[22]使用DWI观察急性、慢性期CO中毒患者和DNS患者苍白球及胼胝体体部的ADC值变化情况。结果显示与对照组比较，3组患者感兴趣区的ADC值均有升高，其中慢性期组升高最明显；而在外周白质和灰质中，DNS组患者的ADC值升高最明显。同时，苍白球区及胼胝体体部的ADC值改变均与认知功能相关。观察12例复查患者同一病变区复查前后2次ADC值的变化，发现复查时苍白球区和胼胝体体部病灶的ADC值明显高于首诊的ADC值。

2.3 DTI 在定量评价白质脱髓鞘程度方面，DTI较DWI具有更为明显的优势，其最常用的参数值各向异性分数（FA）可以反映扩散各向异性与整体扩散的比值。DTI常用于监测CO中毒后的亚急性期和慢性期，表现为白质区FA值减低[23-24]。较低的FA值可能持续到中毒后的3个月，其数值升高也与病情好转有关[25-26]。因此认为FA值的改变能够敏感地反映进行性脱髓鞘和伴随DNS好转后的髓鞘修复[23,27-28]。Fujiwara等[23]使用DTI的FA值评估CO中毒后亚急性期预后不同患者白质损害情况的研究结果表明，长期慢性症状组的平均FA值明显低于健康对照组和短期急性症状组，而对照组和短期急性症状组之间差异无统计学意义；同时，长期慢性症状组双侧半卵圆中心的FA值降低最明显。白质感兴趣区的选择可影响FA值。研究表明，半卵圆中心的白质和深部白质测量具有重要作用[23]。DTI也可用于DNS患者高压氧治疗效果的评估。有研究对6例DNS患者及6例健康志愿者行DTI检查，观察高压氧治疗3个月前、3个月后FA值变化情况。结果显示，DNS组患者高压氧治疗3个月后的FA值明显高于3个月前[25]。

2.4 MRS MRS可以无创地监测特定区域脑组织代谢情况。关于CO中毒患者脑损害的MRS研究多为个案报道。脑组织内选择的感兴趣区存在差异，CO中毒后脑损伤区在MRS上会出现细胞膜代谢障碍相关的胆碱（choline，Cho）峰升高、神经元损伤后的N-乙酰天门冬氨酸（N-acetylaspartate，NAA）峰的降低以及缺血缺氧后无氧酵解所产生的乳酸堆积，即乳酸（lactate，Lac）峰的升高。由于在同一个体脑内不同代谢条件下，肌酸（creatine，Cr）峰含量较恒定，故常用来作参比值[29-30]。对于中毒后多长时间能够监测到NAA/Cr、Cho/Cr及Lac/Cr比值变化这一问题，目前尚存在争议。对于有慢性症状的患者，Cho/Cr值最先开始升高，在慢性期的后期下降，NAA/Cr最早在3～4周开始降低，Lac最早在中毒后1～2周开始出现[26]。大鼠在吸入CO后1 h脑病损区出现NAA/Cr值的降低，Cho/Cr在早期稍微降低而在6 h后明显升高[31]。然而，早期NAA/Cr值的降低是否可以预测预后不良还存在争议。1例重度CO中毒患者NAA/Cr值在早期明显降低；治疗6个月后，患者认知及神经肌肉协调能力得到明显改善，同时NAA/Cr值也恢复到正常水平[32]。MRS监测DNS患者海马区代谢变化，DNS组NAA/Cr值低于对照组，Cho/Cr高于对照组[33]。

2.5 SWI SWI是一种利用组织磁敏感性不同而成像的新技术，可产生幅值图、相位图、最大密度投影图及SWI图。其主要特点是对铁或钙所引起的组织磁化率改变非常敏感。对于脑出血患者，SWI能够比常规T1WI、T2WI更早、更清楚地显示出血和含铁血黄素的沉积，同时清晰显示周围静脉情况[34]。SWI在中枢神经系统的应用主要在脑外伤、脑卒中、血管畸形、帕金森及痴呆等方面，而在CO中毒后脑损伤评估方面的相关报道较少。Bae等[35]报道了5例CO中毒患者。急性期部分患者在SWI图上显示苍白球区微低信号；但在亚急性期，所有患者在苍白球区出现明显低信号，其中1例患者除苍白球区病灶外，壳、丘脑及颞叶也出现多发、小圆形低信号灶，考虑为微出血或铁沉积。因此，SWI 可监测CO中毒患者亚急性期脑损伤。

3 展望

目前，MRI主要用于监测CO中毒亚急性期及慢性期患者， 其是否能够在中毒急性期对DNS的发生作出预测尚存在争议[36]。另外，CO中毒后缺氧继发缺血，灌注降低，表现为基底节区、额、顶、颞、枕叶及丘脑的灌注异常。SPECT可以监测急性CO中毒脑功能损害[37-38]；而同样可以反映脑灌注改变的MR功能成像序列如PWI、ASL是否也可运用于此类患者有待进一步研究。扩散峰度成像、体素内不相关运动成像等新序列作为DWI的延伸，增加了非高斯分布扩散、毛细血管灌注的信息，是否可以应用于CO中毒患者脑损害的监测也值得进一步研究。

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R445.2；R742

2016-10-05

2016-12-31

（本文编辑 饶亚岚）

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.08.021

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雷军强 E-mail: leijq1990@163.com