磁共振功能成像技術(shù)在老年人術(shù)后認知功能障礙中的應用進展＊

魏 曉 綜述，田國剛審校（中南大學湘雅醫(yī)學院附屬?？卺t(yī)院／海南省?？谑腥嗣襻t(yī)院麻醉科 570208）

術(shù)后認知功能障礙（postoperative cognitive dysfunction，POCD）是指術(shù)前無精神障礙的患者受圍術(shù)期多種因素的影響出現(xiàn)神經(jīng)精神并發(fā)癥，表現(xiàn)為情感改變、意識與認知障礙等，以老年人常見，成為困擾臨床的一大難題［1］。近年來，隨著磁共振功能成像或功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）技術(shù)的日趨完善，實現(xiàn)了從傳統(tǒng)單純顯示解剖結(jié)構(gòu)變化的MRI模式到反映細胞分子水平變化的飛躍，為老年人術(shù)后認知功能的術(shù)前評估、診斷及效果評價開拓了新的視野，現(xiàn)將其在老年人POCD中的應用進展作一綜述。

1 POCD的定義

POCD目前沒有統(tǒng)一的定義，根據(jù)北美精神障礙診斷和統(tǒng)計手冊，POCD屬于輕度的神經(jīng)認知障礙，是指術(shù)前沒有精神障礙的患者，受圍術(shù)期各種因素的影響，出現(xiàn)的焦慮、情感異常、認知能力減退和記憶受損等神經(jīng)精神并發(fā)癥。盡管POCD病因尚不明確，可能涉及患者基礎(chǔ)疾病、麻醉和手術(shù)等原因，但老齡是POCD惟一確定的危險因素［2－4］。老年人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)隨著年齡的增長發(fā)生了退行性改變［5］，大腦質(zhì)量、神經(jīng)元數(shù)量減少及血管彈性減低造成血流速度減慢等因素造成老年人認知功能下降，60歲以后這一改變加速。但認知功能下降程度也有個體差異，大多數(shù)老年人未表現(xiàn)出認知能力減退和記憶力受損等方面的臨床癥狀，當在麻醉、手術(shù)等多種圍術(shù)期因素的作用下，認知功能進一步惡化，表現(xiàn)為POCD。國外一項研究亦顯示［7］，60～69歲的老年患者術(shù)后第1周POCD的發(fā)生率為23%，大于70歲的患者則為29%，這一結(jié)果反映了POCD的風險隨著年齡的增加而增加。老年人中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性變和血管受損等病理生理改變成為fMRI技術(shù)研究POCD的基礎(chǔ)之一。

2 POCD的診斷標準

神經(jīng)心理學測試是目前臨床診斷和研究POCD最常用的方法，包括簡易精神狀態(tài)量表（mini mental state examination，MMSE）、韋氏成年人智力量表中國修訂版（WAIS－RC）和洛文斯頓作業(yè)療法認知評定量表（LOTCA）等，其中MMSE是國內(nèi)最具影響的認知功能障礙診斷和篩選工具之一，可檢查患者定向力、注意力、回憶、語言和即刻記憶力等。不過這些神經(jīng)心理學測試量表評估結(jié)果受年齡、教育程度、注意力等多種因素的影響，所以評估結(jié)果的可重復性和可信度不高，無法實現(xiàn)術(shù)前對POCD的預測性診斷，不利于臨床對老年人POCD的早預防、早診斷以及效果評價。

3 磁共振功能成像的定義和范疇

fMRI是在常規(guī)MRI基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的一系列新興的成像技術(shù)，能夠滿足對人體（或動物體）的功能進行研究和檢測。理論上講，凡是以反映組織、器官功能狀態(tài)為成像目標的MRI技術(shù)都稱之為功能性磁共振成像［7］。fMRI技術(shù)除了能夠提供高分辨率、對比度的組織結(jié)構(gòu)信息，而且可以顯示人體的生理及病理生理過程，提供動態(tài)和功能方面的信息，實現(xiàn)了從傳統(tǒng)單純顯示解剖結(jié)構(gòu)變化的MRI模式到反映細胞分子水平變化的飛躍。目前臨床上應用廣泛且成熟的fMRI技術(shù)包括彌散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）、灌注成像（perfusion weighted imaging，PWI）、彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、磁共振波譜成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）和血氧水平依賴（blood oxygenation level dependant，BOLD）磁共振成像，另外磁敏感成像、彈力成像亦屬于fMRI的范疇，其中血氧水平依賴fMRI也稱為狹義的fMRI。這些fMRI技術(shù)作為目前神經(jīng)影像學在組織器官乃至細胞分子水平方面的功能性研究，為老年人POCD的早期診斷，減少POCD的發(fā)生走出開拓性的一步。

4 fMRI在POCD的應用

4.1 BOLD－fMRI在 POCD中的應用 BOLD－fMRI以脫氧血紅蛋白的磁敏感效應為基礎(chǔ)，當局部腦皮質(zhì)在經(jīng)特定的任務刺激后，氧的攝取和血流之間產(chǎn)生不平衡，去氧血紅蛋白與氧合血紅蛋白的比例發(fā)生改變，造成磁場信號的強度發(fā)生改變，fMRI通過檢測這種變化對腦組織進行實時的功能成像。BOLD－fMRI是腦映射和認知神經(jīng)科學領(lǐng)域的驅(qū)動力，它已被用來作為一種非侵入性工具，通過神經(jīng)血管耦合理論描述和量化腦功能［8］，目前在阿爾茨海默病、癲癇及精神分裂癥等認知功能障礙疾病中得到了廣泛應用。有學者對11例健康老年人，9例MCI和9例阿爾茲海默病患者進行記憶編碼時發(fā)現(xiàn)，與正常對照組相比，MCI組和AD組顳葉內(nèi)側(cè)皮質(zhì)的激活減低，并認為fMRI對MCI和AD前驅(qū)期的變化有足夠的敏感性，可以做到早期診斷。Lin等［9］通過局部腦氧飽和度（RSO）在預測接受全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后發(fā)生認知功能障礙的研究后認為年齡的增加為POCD顯著的危險因素，RSO（2%以下）預測年齡大于50歲患者發(fā)生POCD的特異度和敏感度分別為77.8%和86.5%。Papadopoulos等［10］也得出同樣的結(jié)論，這也間接提供了BOLD－fMRI在預測POCD應用價值的理論依據(jù)。

4.2 PWI在POCD中的應用 MRI灌注成像可以反映組織微觀血流動力學的信息，根據(jù)成像原理分為靜脈團注順磁性對比劑（如GD－DTPA）動態(tài)增強 MRI和動脈自旋標記技術(shù)，目前臨床上廣泛動態(tài)增強fMRI，通過分析造影劑首次通過受檢組織時引起組織信號強度的變化，測量出感興趣區(qū)rCBV、rCBF等血流動力學參數(shù)，可在體反映其微血管灌注、血管生成程度及血管通透性。Wilson等［11］在對22例頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)患者進行磁共振灌注掃描后發(fā)現(xiàn)，29%的患者術(shù)后1d出現(xiàn)神經(jīng)認知功能障礙，且所有認知功能障礙的患者表現(xiàn)出CBF不對稱，而只有27%的患者沒有出現(xiàn)認知功能障礙，推測頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)患者發(fā)生POCD和CBF的異常有關(guān)。同樣，有研究顯示心臟手術(shù)后，貧血和年齡相互作用，影響圍術(shù)期患者的腦血流量和潛在的腦代謝狀況，這對理解圍術(shù)期腦梗死和POCD有重要的提示作用［12］。正是基于老年人中樞神經(jīng)系統(tǒng)的退行性改變和腦血流的變化，磁共振灌注成像在POCD研究中的作用愈發(fā)明顯。

4.3 DWI和DTI在POCD中的應用 DWI是一種新的功能成像方法，是目前惟一能在活體進行水分子擴散運動測量的方法，并采用表觀擴散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）定量描述水分子擴散運動狀況。ADC值是反映水分子整體彌散水平和彌散阻力的整體情況，影響ADC值大小的因素很多，細胞密度、核質(zhì)比、細胞膜通透性、細胞外間隙及擴散介質(zhì)黏滯性的不同，水分子的擴散速度也不同［13］。老年人神經(jīng)元數(shù)量減少和細胞外間隙擴大等多重因素，成為DWI研究老年人POCD基礎(chǔ)。多項研究借助對老年人術(shù)前行DWI檢查，認為老年人術(shù)前存在腦缺血性病變與術(shù)后發(fā)生認知功能障礙有很高的相關(guān)性［14－15］。國外學者 Gerriets等［16］在比較106例行選擇性冠脈搭橋的患者發(fā)生遠期POCD的評估方法后認為，DWI、年齡、生物標志物和早期神經(jīng)心理床邊測試和術(shù)中變量對預測遠期POCD均具有較高的準確性。

DTI是無創(chuàng)性評價腦白質(zhì)纖維走行方向的有效方法，并能定量分析纖維束的完整性。各向異性分數(shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）為彌散張量的各向異性成分與整個彌散張量的比值，是DTI中最常用的參數(shù)，是評價各向異性較敏感的指標。平均擴散系數(shù)（mean diffusivity，MD）是DTI中的另一個常用參數(shù)，反映分子整體彌散水平和彌散阻力的整體情況，類似ADC值。物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，組織微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的病理過程如細胞水腫、細胞外間隙的擴大或縮小、有機組織的減少等，都可導致彌散的改變。Nanba等［17］通過對70例頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)的患者分別于術(shù)前、術(shù)后1個月行DTI檢查，對比分析FA值的變化，認為頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)后腦過度灌注造成的腦白質(zhì)損傷與POCD相關(guān)，推測DTI可以對POCD有一定的早期診斷作用。

4.41H－MRS在POCD中的應用1H－MRS是影像學近年來發(fā)展的新技術(shù)，它能提供組織代謝物的化學信息，是目前惟一的無創(chuàng)性研究組織代謝、生化變化和化合物定量分析的方法。1H－MRS可以檢測活體器官組織中NAA、Cho、Ml及Cr等不同代謝產(chǎn)物濃度。其中NAA被公認是神經(jīng)元的內(nèi)標志物，其含量多少可反映神經(jīng)元的功能狀況及腦神經(jīng)元細胞的完整性。而正常情況下腦白質(zhì)的Cho含量比腦灰質(zhì)高，在病理狀態(tài)下，神經(jīng)細胞膜、髓鞘和神經(jīng)脂類崩解以及膠質(zhì)細胞增生、神經(jīng)細胞膜修復等因素導致Cho濃度升高。研究顯示［18］，在POCD老年患者中，內(nèi)側(cè)顳葉NAA／Cr比值下降較明顯，1HMRS能無創(chuàng)性提供POCD患者腦部的代謝情況，其中NAA／Cr有助于POCD的預測。而李玉芳［19］在研究前額葉氫質(zhì)子磁共振波譜與老年患者POCD的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，POCD組患者前額葉NAA／Cr值比非POCD組顯著下降，推測術(shù)前前額葉1HMRS檢測對老年患者POCD的發(fā)生亦有一定的預測價值。

綜上所述，fMRI可以反映大腦的神經(jīng)活動水平，能提供大腦的血流情況、代謝水平、水分子的彌散、白質(zhì)纖維的完整性等微觀結(jié)構(gòu)的動態(tài)和功能方面的信息，成為一種全新的評價術(shù)后認知功能的影像學手段，并為臨床早期預測、診斷和評價POCD提供客觀和直觀的影像學依據(jù)。

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