MRI在監(jiān)測一氧化碳中毒腦損傷中的應(yīng)用

張艷利 王天紅 郭順林 田小雪 雷軍強

MRI在監(jiān)測一氧化碳中毒腦損傷中的應(yīng)用

張艷利 王天紅 郭順林 田小雪 雷軍強

一氧化碳中毒；腦損傷；中樞神經(jīng)系統(tǒng)；磁共振成像；綜述

一氧化碳（carbonic oxide，CO）中毒是較為常見的生活中毒和職業(yè)中毒；而作為易受損傷的器官之一，大腦的神經(jīng)系統(tǒng)常出現(xiàn)不同程度傷害。中毒幸存者通常有3種臨床表現(xiàn)：①急性期出現(xiàn)短暫神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，無后遺癥；②急性期至慢性期癥狀持續(xù)存在，預(yù)后較差；③10%～40%的患者經(jīng)過2～60 d的“假愈期”后出現(xiàn)嚴(yán)重的神經(jīng)精神后發(fā)癥——遲發(fā)腦?。╠elayed neuropsychiatric sequelae，DNS）[1-2]。

近年來，國內(nèi)外有大量關(guān)于不同MRI成像序列監(jiān)測CO中毒后繼發(fā)腦損傷的研究報道，主要集中于評價CO造成腦組織損害的范圍程度、病理機制、治療效果和預(yù)后判斷等方面。本文將對已報道的常規(guī)MRI平掃、擴散加權(quán)成像（DWI）、擴散張量成像（DTI）、磁共振波譜（MRS）、磁敏感加權(quán)成像（SWI）在CO中毒腦損傷中的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述。

1 CO中毒腦損傷的發(fā)病機制

CO吸入人體后，85%的CO與血液中紅細(xì)胞的血紅蛋白（hemoglobin，Hb）結(jié)合，形成穩(wěn)定的碳氧血紅蛋白（carboxyhemoglobin，COHb），COHb使Hb解離曲線左移，使得氧氣的釋放受阻造成組織缺氧[3]。另外，CO與還原型細(xì)胞色素氧化酶二價鐵結(jié)合，抑制細(xì)胞色素氧化酶活性，影響細(xì)胞呼吸和氧化過程，阻礙氧的利用。在缺氧環(huán)境下，腦內(nèi)小血管麻痹、擴張，腦內(nèi)ATP迅速耗盡，鈉泵運轉(zhuǎn)失常，鈉離子蓄積于細(xì)胞內(nèi)而誘發(fā)腦細(xì)胞水腫；缺氧造成腦內(nèi)酸性代謝產(chǎn)物蓄積，使血管通透性增加而產(chǎn)生腦組織間質(zhì)水腫；腦血液循環(huán)障礙導(dǎo)致腦血栓形成、腦皮質(zhì)和基底節(jié)局灶性缺血性壞死。CO造成血小板-嗜中性粒細(xì)胞的聚集，引起髓過氧化物酶的釋放，造成過氧化作用和細(xì)胞凋亡[4-5]；釋放的過氧化物酶改變了髓磷脂堿蛋白的結(jié)構(gòu)，引起淋巴細(xì)胞免疫應(yīng)答反應(yīng)，進(jìn)一步導(dǎo)致腦白質(zhì)繼發(fā)脫髓鞘和炎癥反應(yīng)[6]。

2 MRI對CO中毒腦損傷的監(jiān)測

2.1 常規(guī)MRI平掃 吸入CO后所致的腦繼發(fā)損害可以持續(xù)到數(shù)年以后，在不同時期，MRI的表現(xiàn)亦有所不同。既往根據(jù)CO中毒后不同時期MRI的表現(xiàn)將其分為4期：超期急性（＜24 h）、急性期（24 h～7 d）、亞急性期（8～21 d）和慢性期（＞22 d）[7]。

CO中毒后腦組織損傷典型的MRI表現(xiàn)為蒼白球和腦白質(zhì)區(qū)T2WI呈對稱性高信號灶（圖1、2），其病理改變是蒼白球缺血壞死和白質(zhì)脫髓鞘。蒼白球損害最常見，原因可能是蒼白球的側(cè)支血管較少，容易受缺氧的影響；另外，CO直接與蒼白球區(qū)的血紅素鐵結(jié)合，該區(qū)是含鐵最豐富的區(qū)域[8]。也有報道稱CO中毒患者白質(zhì)的損傷比灰質(zhì)損傷更常見。在一組73例CO中毒患者的前瞻性對照研究中，12%的患者有白質(zhì)損傷，僅1例有蒼白球損傷，且最常見的白質(zhì)受損區(qū)包括半卵圓中心和側(cè)腦室旁的白質(zhì)，其他受損區(qū)還有顳葉、枕葉、頂葉和胼胝體[9]。病灶可表現(xiàn)為對稱或不對稱，而后者可能與患者的左右供血差異有關(guān)[10]。白質(zhì)損害區(qū)有時發(fā)現(xiàn)有含鐵血黃素沉積，考慮出血性腦梗死或CO中毒后鐵的外滲[11-12]。腦干和小腦半球損傷的報道很少，僅為個案報道[13]。

圖2 男，70歲，CO中毒11 d。雙側(cè)側(cè)腦室旁白質(zhì)區(qū)、胼胝體壓部廣泛異常信號影，T1呈低信號（A）；T2呈高信號，雙側(cè)分布對稱（箭，B）

與灰質(zhì)相比，白質(zhì)區(qū)病變與CO中毒腦損傷的預(yù)后更具相關(guān)性[14]。目前認(rèn)為白質(zhì)進(jìn)行性脫髓鞘引發(fā)DNS[15]。研究顯示，T2WI上側(cè)腦室旁及半卵圓中心的高信號在DNS出現(xiàn)后比在DNS出現(xiàn)前更廣泛。在慢性期當(dāng)DNS癥狀好轉(zhuǎn)后，T2WI高信號會減低，推測慢性期神經(jīng)纖維再髓鞘化，白質(zhì)損害的程度與患者預(yù)后有關(guān)[16-17]。因難于顯示早期白質(zhì)細(xì)胞毒性水腫以及微量鐵沉積，傳統(tǒng)MRI監(jiān)測白質(zhì)損害的程度有限。

2.2 DWI DWI序列可定量反映水分子擴散受限的程度，因而比常規(guī)MRI更敏感、更早反映細(xì)胞毒性水腫，表現(xiàn)為DWI上高信號病灶，對應(yīng)的ADC值減低。CO中毒后，腦組織缺氧，鈉泵運轉(zhuǎn)失常誘發(fā)細(xì)胞毒性水腫。既往研究表明，最早在CO中毒后的12 h，DWI便可監(jiān)測到信號異常改變[18]。研究觀察白兔中毒后1 h、5 d、7 d、15 d和60 d DNS組與非DNS組雙側(cè)大腦皮層ADC值的變化發(fā)現(xiàn)，非DNS組ADC值在1 h輕度下降，5 d開始恢復(fù)，60 d后恢復(fù)正常；而DNS組在1 h明顯下降，5 d開始恢復(fù)，7 d再次下降，15 d下降最明顯，至實驗終點未恢復(fù)；從而確定ADC值下降程度與腦組織損傷程度存在相關(guān)性，急性期ADC值下降的程度能預(yù)測DNS出現(xiàn)的可能性[19]。DWI在CO中毒亞急性期及慢性期的應(yīng)用也有相關(guān)報道，上述報道都表明在亞急性期和慢性期白質(zhì)區(qū)的高信號依然存在，對于DNS患者，后遺癥發(fā)生后的ADC值較后遺癥發(fā)生前更低，并且會持續(xù)1～2個月[20]。在CO中毒后的第5天、第12天及2個月使用DWI監(jiān)測患者腦部病變情況發(fā)現(xiàn)，5 d時蒼白球區(qū)出現(xiàn)病灶，12 d后病灶信號逐漸減低，2個月后雙側(cè)側(cè)腦室旁出現(xiàn)新發(fā)病灶，而患者于35 d發(fā)生DNS。以上結(jié)果表明，細(xì)胞毒性水腫和脫髓鞘具有進(jìn)行性特征，與腦梗死在DWI上的表現(xiàn)不同。腦梗死的ADC值持續(xù)降低3～5 d，并在卒中后的1～4周恢復(fù)正常[21]。Chen等[22]使用DWI觀察急性、慢性期CO中毒患者和DNS患者蒼白球及胼胝體體部的ADC值變化情況。結(jié)果顯示與對照組比較，3組患者感興趣區(qū)的ADC值均有升高，其中慢性期組升高最明顯；而在外周白質(zhì)和灰質(zhì)中，DNS組患者的ADC值升高最明顯。同時，蒼白球區(qū)及胼胝體體部的ADC值改變均與認(rèn)知功能相關(guān)。觀察12例復(fù)查患者同一病變區(qū)復(fù)查前后2次ADC值的變化，發(fā)現(xiàn)復(fù)查時蒼白球區(qū)和胼胝體體部病灶的ADC值明顯高于首診的ADC值。

2.3 DTI 在定量評價白質(zhì)脫髓鞘程度方面，DTI較DWI具有更為明顯的優(yōu)勢，其最常用的參數(shù)值各向異性分?jǐn)?shù)（FA）可以反映擴散各向異性與整體擴散的比值。DTI常用于監(jiān)測CO中毒后的亞急性期和慢性期，表現(xiàn)為白質(zhì)區(qū)FA值減低[23-24]。較低的FA值可能持續(xù)到中毒后的3個月，其數(shù)值升高也與病情好轉(zhuǎn)有關(guān)[25-26]。因此認(rèn)為FA值的改變能夠敏感地反映進(jìn)行性脫髓鞘和伴隨DNS好轉(zhuǎn)后的髓鞘修復(fù)[23,27-28]。Fujiwara等[23]使用DTI的FA值評估CO中毒后亞急性期預(yù)后不同患者白質(zhì)損害情況的研究結(jié)果表明，長期慢性癥狀組的平均FA值明顯低于健康對照組和短期急性癥狀組，而對照組和短期急性癥狀組之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義；同時，長期慢性癥狀組雙側(cè)半卵圓中心的FA值降低最明顯。白質(zhì)感興趣區(qū)的選擇可影響FA值。研究表明，半卵圓中心的白質(zhì)和深部白質(zhì)測量具有重要作用[23]。DTI也可用于DNS患者高壓氧治療效果的評估。有研究對6例DNS患者及6例健康志愿者行DTI檢查，觀察高壓氧治療3個月前、3個月后FA值變化情況。結(jié)果顯示，DNS組患者高壓氧治療3個月后的FA值明顯高于3個月前[25]。

2.4 MRS MRS可以無創(chuàng)地監(jiān)測特定區(qū)域腦組織代謝情況。關(guān)于CO中毒患者腦損害的MRS研究多為個案報道。腦組織內(nèi)選擇的感興趣區(qū)存在差異，CO中毒后腦損傷區(qū)在MRS上會出現(xiàn)細(xì)胞膜代謝障礙相關(guān)的膽堿（choline，Cho）峰升高、神經(jīng)元損傷后的N-乙酰天門冬氨酸（N-acetylaspartate，NAA）峰的降低以及缺血缺氧后無氧酵解所產(chǎn)生的乳酸堆積，即乳酸（lactate，Lac）峰的升高。由于在同一個體腦內(nèi)不同代謝條件下，肌酸（creatine，Cr）峰含量較恒定，故常用來作參比值[29-30]。對于中毒后多長時間能夠監(jiān)測到NAA/Cr、Cho/Cr及Lac/Cr比值變化這一問題，目前尚存在爭議。對于有慢性癥狀的患者，Cho/Cr值最先開始升高，在慢性期的后期下降，NAA/Cr最早在3～4周開始降低，Lac最早在中毒后1～2周開始出現(xiàn)[26]。大鼠在吸入CO后1 h腦病損區(qū)出現(xiàn)NAA/Cr值的降低，Cho/Cr在早期稍微降低而在6 h后明顯升高[31]。然而，早期NAA/Cr值的降低是否可以預(yù)測預(yù)后不良還存在爭議。1例重度CO中毒患者NAA/Cr值在早期明顯降低；治療6個月后，患者認(rèn)知及神經(jīng)肌肉協(xié)調(diào)能力得到明顯改善，同時NAA/Cr值也恢復(fù)到正常水平[32]。MRS監(jiān)測DNS患者海馬區(qū)代謝變化，DNS組NAA/Cr值低于對照組，Cho/Cr高于對照組[33]。

2.5 SWI SWI是一種利用組織磁敏感性不同而成像的新技術(shù)，可產(chǎn)生幅值圖、相位圖、最大密度投影圖及SWI圖。其主要特點是對鐵或鈣所引起的組織磁化率改變非常敏感。對于腦出血患者，SWI能夠比常規(guī)T1WI、T2WI更早、更清楚地顯示出血和含鐵血黃素的沉積，同時清晰顯示周圍靜脈情況[34]。SWI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用主要在腦外傷、腦卒中、血管畸形、帕金森及癡呆等方面，而在CO中毒后腦損傷評估方面的相關(guān)報道較少。Bae等[35]報道了5例CO中毒患者。急性期部分患者在SWI圖上顯示蒼白球區(qū)微低信號；但在亞急性期，所有患者在蒼白球區(qū)出現(xiàn)明顯低信號，其中1例患者除蒼白球區(qū)病灶外，殼、丘腦及顳葉也出現(xiàn)多發(fā)、小圓形低信號灶，考慮為微出血或鐵沉積。因此，SWI 可監(jiān)測CO中毒患者亞急性期腦損傷。

3 展望

目前，MRI主要用于監(jiān)測CO中毒亞急性期及慢性期患者， 其是否能夠在中毒急性期對DNS的發(fā)生作出預(yù)測尚存在爭議[36]。另外，CO中毒后缺氧繼發(fā)缺血，灌注降低，表現(xiàn)為基底節(jié)區(qū)、額、頂、顳、枕葉及丘腦的灌注異常。SPECT可以監(jiān)測急性CO中毒腦功能損害[37-38]；而同樣可以反映腦灌注改變的MR功能成像序列如PWI、ASL是否也可運用于此類患者有待進(jìn)一步研究。擴散峰度成像、體素內(nèi)不相關(guān)運動成像等新序列作為DWI的延伸，增加了非高斯分布擴散、毛細(xì)血管灌注的信息，是否可以應(yīng)用于CO中毒患者腦損害的監(jiān)測也值得進(jìn)一步研究。

[1] Beppu T. The role of MR imaging in assessment of brain damage from carbon mo-noxide poisoning: a review of the literature. Am J Neuroradiol, 2014, 35(4): 625-631.

[2] Prockop LD, Chichkova RI. Carbon monoxide intoxication: an updated review. J Neurol Sci, 2007, 262(1/2): 122-130.

[3] Ernst A, Zibrak JD. Carbon monoxide poisoning. N Engl J Med,1998, 339: 1603-1608.

[4] Thom SR, Bhopale VM, Han ST, et al. Intravascular neutrophil activation due to carbon monoxide poisoning. Am J Respir Crit Care Med, 2006, 174: 1239-1248.

[5] Thom SR, Bhopale VM, Fisher D, et al. Delayed neuropathology after carbon monoxide poisoning is immune-mediated. Proc Natl Acad Sci USA, 2004, 101: 13660-13665.

[6] Weaver LK. Clinical practice. Carbon monoxide poisoning. N Engl J Med, 2009, 360: 1217-1225.

[7] Hantson P, Duprez T. The value of morphological neuroimaging after acute exposure to toxic substances. Toxicol Rev, 2006, 25(2):87-98.

[8] Hopkins RO, Fearing MA, Weaver LK, et al. Basal ganglia lesions following carbon monoxide poisoning. Brain Injury, 2006, 20(3):273-281.

[9] Chalela JA, Wolf RL, Maldjian JA, et al. MRI identification of early white matter injury in anoxic-ischemic encephalopathy.Neurology, 2001, 56(4): 481-485.

[10] Sung PS, Yu CY, Lin TS. Asymmetrical delayed encephalopathy after acute CO intoxication: a case report. Neurotoxicology, 2010,31(1): 161-163.

[11] Weaver LK, Hopkins RO. Hemorrhagic infarction in white matter following acute carbon monoxide poisoning. Neurology, 2005,64(6): 1101.

[12] Finelli PF, Dimario FJ. Hemorrhagic infarction in white matter following acute carbon monoxide poisoning. Neurology, 2004,63(6): 1102-1104.

[13] Hamcan S, Akgun V, Yilmaz O, et al. Isolated cerebellar damage caused by carbon monoxide intoxication. BMJ Case Rep, 2013.

[14] Otubo Saori, Shirakawa Y, Aibiki M, et al. Magnetic resonance imaging could predict delayed encephalopathy after acute carbon monoxide intoxication. Chudoku Kenkyu, 2007, 20(3): 253-261.

[15] Inagaki T, Ishino H, Seno H, et al. A long-term follow-up study of serial magnetic resonance images inpatients with delayed encephalopathy after acute carbon monoxide poisoning. Psychiatry Clin Neurosci, 1997, 51(6): 421-423.

[16] Yamazaki Y, Yamada A. Delayed encephalopathy after carbon monoxide intoxication. Intern Med, 2008, 47(11): 1071-1072.

[17] Gotoh M, Kuyama H, Asari S, et al. Sequential changes in MR images of the brain in acute carbon monoxide poisoning. Comput Med Imaging Graph, 1993, 17(1): 55-59.

[18] Sener RN. Acute carbon monoxide poisoning: diffusion MR imaging fi ndings. Am J Neuroradiol, 2003, 24(7): 1475-1477.

[19] 肖新蘭, 付麗暉, 習(xí)衛(wèi)民, 等. MR擴散加權(quán)成像對兔急性一氧化碳中毒后遲發(fā)性中毒腦病的預(yù)測價值. 中華放射學(xué)雜志,2007, 41(10): 1129-1133.

[20] Kim JH, Chang KH, Song IC, et al. Delayed encephalopathy of acute carbon monoxide intoxication: diffusivity of cerebral white matter lesions. Am J Neuroradiol, 2003, 24(8): 1592-1597.

[21] Kinoshita T, Sugihara S, Matsusue E, et al. Pallidoreticular damage in acute carbon monoxide poisoning: diffusion-weighted MR imaging fi ndings. Am J Neuroradiol, 2005, 26(7): 1845-1848.

[22] Chen NC, Huang CW, Lui CC, et al. Diffusion-weighted imaging improves prediction in cognitive outcome and clinical phases in patients with carbon monoxide intoxication. Neuroradiology, 2013,55(1): 107-115.

[23] Fujiwara S, Beppu T, Nishimoto H, et al. Detecting damaged regions of cerebral white matter in the subacute phase after carbon monoxide poisoning using voxel-based analysis with diffusion tensor imaging. Neuroradiology, 2012, 54(7): 681-689.

[24] Lin WC, Lu CH, Lee YC, et al. White matter damage in carbon monoxide intoxication assessed in vivo using diffusion tensor MR imaging. Am J Neuroradiol, 2009, 30(6): 1248-1255.

[25] Lo CP, Chen SY, Chou MC, et al. Diffusion-tensor MR imaging for evaluation of the efficacy of hyperbaric oxygen therapy in patients with delayed neuropsychiatric syndrome caused by carbon monoxide inhalation. Eur J Neurol, 2007, 14(7): 777-782.

[26] Terajima K, Igarashi H, Hirose M, et al. Serial assessments of delayed encephalopathy after carbon monoxide poisoning using magnetic resonance spectroscopy and diffusion tensor imaging on 3.0T system. Eur Neurol, 2008, 59(1/2): 55-61.

[27] Beppu T, Nishimoto H, Ishigaki D, et al. Assessment of damage to cerebral white matter fiber in the subacute phase after carbon monoxide poisoning using fractional anisotropy in diffusion tensor imaging. Neuroradiology, 2010, 52(8): 735-743.

[28] Beppu T, Fujiwara S, Nishimoto H, et al. Fractional anisotropy in the centrum semiovale as a quantitative indicator of cerebral white matter damage in the subacute phase in patients with carbon monoxide poisoning: correlation with the concentration of myelin basic protein in cerebrospinal fl uid. J Neurol, 2012, 259(8): 1698-1705.

[29] Kondziella D, Danielsen ER, Hansen K, et al. 1H MR spectroscopy of gray and white matter in carbon monoxide poisoning. J Neurol,2009, 256(6): 970-979.

[30] Murata T, Kimura H, Kado H, et al. Neuronal damage in the interval form of CO poisoning determined by serial diffusion weighted magnetic resonance imaging plus 1H-magnetic resonance spectroscopy. J Neurol Neurosurg Psychiatry, 2001, 71(2): 250-253.

[31] Guan L, Li ZY, Zhang YL, et al. Early biomarkers in 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy of striatal pathological mechanisms after acute carbon monoxide poisoning in rats. Biomed Environ Sci, 2015, 28(10): 728-737.

[32] Hansen MB, Kondziella D, Danielsen E, et al. Cerebral proton magnetic resonance spectroscopy demonstrates reversibility of N-acetylaspartate/creatine in gray matter after delayed encephalopathy due to carbon monoxide intoxication: a case report.J Med Case Rep, 2014, 8: 211.

[33] 高敏, 邱傳亞, 周玉榮, 等. 氫質(zhì)子磁共振波譜技術(shù)檢測一氧化碳中毒遲發(fā)性腦病海馬 代謝產(chǎn)物. 中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù), 2014,30(3): 348-351.

[34] Haacke EM, Mittal S, Wu Z, et al. Susceptibility-weighted imaging: technical aspects and clinical applications, part 1. Am J Neuroradiol, 2009, 30(1): 19-30.

[35] Bae JW, Cha SY, Kang TH, et al. Susceptibility-weighted imaging findings of subacute delayed carbon monoxide intoxication: a report of fi ve cases. J Neurol Sci, 2012, 312(1/2): 13-17.

[36] Kawashima T, Okashiro M, Ishii N, et al. Can magnetic resonance imaging of the brain in the acute phase of carbon monoxide intoxication forecast delayed encephal- opathy? Chudoku Kenkyu,2007, 20(2): 117-124.

[37] Chen NC, Chang WN, Lui CC, et al. Detection of gray matter damage using brain MRI and SPECT in carbon monoxide intoxication: a comparison study with neurop-sychological correlation.Clin Nucl Med, 2013, 38(2): e53-e59.

[38] Lu YY, Tsai SC, Kao CH, et al. Regional cerebral blood fl ow in patients with carbon monoxide intoxication. Ann Nucl Med, 2012,26(10): 771-776.

R445.2；R742

2016-10-05

2016-12-31

（本文編輯 饒亞嵐）

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.08.021

蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科 甘肅蘭州 730000

雷軍強 E-mail: leijq1990@163.com