阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者颅脑磁共振成像研究进展

薛祺 ，郭兰田 *，章晶月

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAHS)是患者睡眠过程中出现上呼吸道狭窄或呼吸肌无力而引起的一种睡眠性疾病，主要特征为呼吸暂停和低通气反复发作[1]。OSAHS患者出现的慢性间歇性缺氧[2]以及高碳酸血症导致动脉血压发生实质性变化，并发多种脑血管疾病[3]和记忆减退[4]。OSAHS患者存在脑神经元的损伤[5]、海马的萎缩以及髓鞘的脱失[6]。有病理研究结果显示OSAHS大鼠的海马出现神经元的数量变少、体积减小和排列紊乱等缺血缺氧相关的脑损伤[7]。磁共振常规序列在评估OSAHS患者脑组织损伤方面受到极大的限制，笔者主要就基于体素形态测量学(based on voxel morphometry，VBM)、扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)、磁化转移成像(magnetic transfer imaging，MTI)、三维动脉自旋标记成像(three-dimensional arterial spin labeling，3D-ASL)、静息态-功能磁共振成像(resting state-functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)和磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy imaging，MRS)等多种磁共振序列在OSAHS患者脑损伤方面的研究进展进行综述，为指导临床进一步诊断和治疗提供科学的依据。

1 VBM

VBM是一种在体素水平上分析活体组织形态的测量方法，通过局部组织的体积的变化来评价其形态的改变。VBM的主要优势在于它可以对脑组织体积与密度差异进行全面、客观的评价，而没有主观上的偏倚[8]。

有研究发现OSAHS患者存在与体质指数[9]、蒙特利尔认知评估分数、睡眠结构和动脉血氧饱和度[10]等指标变化有关的局部脑灰质的萎缩[11-12]。海马作为脑内参与认知活动的主要结构在OSAHS患者中存在性别的差异[13]。Musso等[14]还发现OSAHS患儿的局部脑白质也出现一定程度的萎缩。Baril等[15]研究结果显示OSAHS患者存在与慢性缺氧以及碎片化睡眠相关的脑灰质体积的异常，表明患者存在脑组织的损伤和适应性改变。Lin等[16]利用VBM算法研究OSAHS患者治疗前、后的前扣带回灰质体积变化，结果显示该区灰质萎缩情况一直存在，表明部分患者脑损伤不能逆转。VBM不仅能显示OSAHS患者早期的脑实质体积变化，还可以一定程度上反映认知功能及其他临床指标的变化，具有一定的临床诊断价值。

2 扩散成像

2.1 DTI

DTI是一种评价大脑白质纤维束改变的新型无创成像的技术，可以显示常规磁共振序列不能发现的脑组织损伤。DTI通过检测脑组织内水分子的扩散运动显示神经纤维束形态改变，从而定量评估脑白质完整性变化情况[17]。

Lee等[18]认为OSAHS患者局部脑区的DTI相关参数改变以及伪彩图上部分纤维束形态改变，代表患者存在局部脑损伤。有研究显示OSAHS患者胼胝体前亚区出现径向扩散率、平均扩散系数的升高、各向异性分数(fractional anisotropy，FA)的减低[19]以及右额叶钩束FA值的减低[20]，研究还证实了患者存在的认知功能减退与胼胝体前亚区[19]、右额叶钩束[20]结构改变有关，表明DTI相关指标改变可以提示患者的认知状况。还有研究显示患者病情的严重程度和白细胞的凋亡水平[21]、精神运动警觉任务和Epworth嗜睡量表得分[22]以及与压力反射敏感度[23]也与脑组织微结构变化相关的脑损伤过程有关。Macey等[24]发现女性OSAHS患者的白天嗜睡、焦虑和抑郁等临床症状以及脑白质微结构完整性损伤等方面较男性患者更明显。Maresky等[25]利用DTI定量评估OSAHS患者的治疗效果，局部脑区的部分指标较治疗前恢复，表明患者出现的部分脑白质损伤是可逆的，而DTI可以评估这种损伤以及疾病进展情况。DTI的脑白质纤维束评估可以比较形象地评价脑白质的变化，随着技术与参数的不断完善，DTI在临床应用与研究上有很好的发展前景。

2.2 DKI

活体组织复杂的细微结构使得水分子在高度异构的环境中运动偏离正态分布[26]，DKI作为DTI的扩展，在评估脑损伤方面比DTI更加敏感，可以通过评估这种水分子的非正态分布而反映脑实质微观结构的变化[27]。峰度各向异性对脑组织的微观结构变化非常敏感，主要衡量局部脑组织微结构各方向的总体变化[28]。活体组织内水分子扩散的平均峰值(mean kurtosis，MK)变化越显著，扩散所受的限制越大，对脑组织早期损伤情况较敏感，但不能反映损伤的方向[29]。轴向峰度(axial kurtosis，AK)和径向峰度(radial kurtosis，RK)可以分别反映轴突的轴向变化和髓鞘的径向变化。DKI也存在不足，各参数图像极易受磁场影响，但随着场强的增高，技术的完善，可以很大程度地减少这种影响。

DKI在反映白质及灰质微结构变化方面有很大的优势，Rostampour等[30]发现OSAHS患者部分脑区参数异常提示脑组织微结构发生变化。OSAHS患者局部脑区存在AK、RK值[31]和MK值[32]增高，提示患者轴突与髓鞘微结构改变参与的急性脑组织损伤。近年来，DKI已广泛应用于脑肿瘤、脑血管疾病以及其他中枢系统疾病中，而OSAHS脑损伤相关的DKI研究相对较少。DKI对脑组织微结构改变的敏感性较高，对于常规序列难以发现的OSAHS患者脑损伤的研究价值较高。

3 MTI

基于非共振射频脉冲，MTI可以降低正常组织的信号强度即组织抑制，提高磁共振图像对比度[33]，通过测量施加脉冲前后的信号强度变化即磁化转移比，检测脉冲对磁共振成像信号的影响，评估脑实质完整性的改变[34]。

MTI对OSAHS患者脑组织微结构变化的敏感性较高，Tummala等[35]发现OSAHS患者多个脑区的磁化转移值较对照组降低，表明患者存在脑组织微结构的变化。MTI相关的OSAHS研究比较少见，有一定的临床诊断价值和前景，值得临床进一步研究。

4 3D-ASL

OSAHS患者反复间歇性缺氧可导致局部脑血流(cerebral blood flow，CBF)发生变化，而3D-ASL作为一种无创的磁共振成像技术[36]，可以利用体内磁性标记的血液作为流动示踪剂来定量评估这种脑血流变化[37]。但CBF功能图显示解剖能力较弱，必须将其与解剖图融合才能对局部脑血流灌注情况进行分析。

研究发现OSAHS患者局部脑白质灌注减低与呼吸暂停低通气指数(apnea hypopnea index，AHI)和认知功能[38]、白细胞凋亡水平[39]以及唤醒指数[40]有关，提示局部脑血流减低可能参与患者脑损伤的作用机制。Ponsaing等[41]发现OSAHS患者局部CBF随着CO2改变而变化，而且这种变化与AHI呈反比，提示OSAHS患者大脑对CO2刺激的反应较对照组减低。3D-ASL可以很好地反映OSAHS患者的脑损伤、血氧饱和度和认知情况，评估疾病进展及预后。

5 rs-fMRI

作为一种新型非侵入性功能磁共振成像技术，rs-fMRI通过检测静息状态下脑内血液中的氧合血红蛋白(oxyhemoglobin，HbO2)水平来检测局部神经元的自发性活动变化[42]。

研究发现OSAHS患者杏仁核亚区[43]、海马体、尾状核[44]和岛叶[45]与其他脑区之间存在默认模式网络、显著性网络和中央执行网络的异常功能连接，而AHI增加、血氧饱和度减低以及认知减退均与这种异常的功能连接有关[46-48]，以上研究均表明脑内的异常功能连接参与患者中枢神经系统损伤过程。Chen等[49]发现大脑的小世界属性存在显著变化，在某一稀疏度范围内与AHI显著相关，表明OSAHS患者的脑损伤与大脑网络小世界拓扑变化有关，而rs-fMRI可以通过相应指标很好地反映这种细微的损伤。低频振荡振幅和局部一致性主要用来反映局部神经元活动特征，OSAHS患者包括双侧后扣带回及左额下回在内的部分脑区存在二者的改变，提示患者存在神经元自发性活动减少相关的脑损伤以及代偿性脑改变[50-51]，其中OSAHS患者存在的局部一致性减低提示患者神经元受到一定的损伤[52]。Thiel等[53]发现OSAHS患者经过持续正压通气后的脑血管反应较前增加，表明患者部分神经元的损伤可以逆转。rs-fMRI可以从多个角度反映OSASH患者神经元的活动情况，评价脑组织的损伤与转归，为临床应用与研究提供新的诊断思路。

6 MRS

MRS作为一种反映代谢物变化的非侵入性的成像方法，可以利用H原子在不同化合物中不同的共振频率来分析活体组织化合物的成分与含量变化[54]，从而提高诊断的特异性。MRS也存在不足，单体素时易出现基线不稳，多体素时较易受磁场不均匀性影响，但随着影像技术的不断完善，这些不足可以克服。MRS主要通过检测出N-乙酰天门冬氨酸、肌酸、胆碱和谷氨酸盐等多种代谢产物来反映局部脑组织的代谢情况[55]。

Kang等[56]发现OSAHS患者部分脑区的代谢指标出现异常，例如岛叶的代谢产物的变化，提示该区存在代谢相关的神经元损伤的情况，患者海马区代谢产物的变化与蒙特利尔认知评估得分[57]和简易智能精神状态检查量表评分[58]相关。以上研究可以证明患者出现的局部脑区代谢变化参与脑神经元损伤，而认知障碍与这种损伤有关，也说明MRS指标的变化可以提示患者认知状况，具有很好的临床诊疗价值。穆新暖等[59]发现正压通气治疗后患者额叶的代谢指标较治疗前有所增高，提示患者脑代谢相关的脑组织损伤是可以恢复的，而MRS可以敏感地反映这种变化过程。

人工智能(artificial intelligence，AI)在中枢系统疾病方面的研究已有很好的进展，它可以从稳定的轻度认知障碍患者中辨别进行性轻度认知障碍。AI作为新的计算机辅助工具与磁共振技术相结合，利用其在图像诊断的优势，可以更加准确地评估患者脑组织损伤情况，减少偏倚，提高疾病诊断效率和数据的可信性，指导临床进一步干预，减少不良后果的发生。

OSAHS患者脑组织损伤是一个长期、渐进的发展过程，早期发现并对其进行干预对患者的预后至关重要，而多模态磁成像能够全面地反映OSAHS患者早期难以发现的脑损伤。AI联合多模态成像模式在OSAHS患者中枢神经系统损伤的研究中有很好的发展前景，这种模式不断完善、发展，必将成为大势所趋。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。