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急性一氧化碳中毒对神经系统损害的影像学诊断

栏目:神外前沿|编辑:INC|发布时间:2021-12-24 14:21 |

  急性一氧化碳中毒对神经系统损害的影像学诊断,由于中毒患者脑组织受损的程度和面积无量化的生化指标和特殊的检测手段,患者的病情轻重及预后情况在发病初期常难以判断,对急性一氧化碳中毒性脑病的早期诊断和病情判断意义重大,在急性一氧化碳中毒性脑病的早期诊断中,影像学方法对活体状态下脑组织形态及功能的改变有指导性意义。目前临床常用影像学方法中的磁共振成像技术(Magnetic Resonance Imaging,MRI)在急性一氧化碳中毒性脑病的诊断与预后判断有重大意义。

  1常规磁共振成像

  目前用于处理这些临床问题的方法之一,它在一定程度上可以直接客观评估脑损伤的严重程度,并且为无创性技术。急性急性一氧化碳中毒性脑病早期MRI表现为病灶多位于大脑皮质、基底节区,主要累及苍白球。目前的研究主要在慢性期的一些典型表现,即在常规磁共振T2WI上看苍白球和大脑白质上的高信号,在其他结构,如尾状核、壳核和丘脑却不像苍白球那么常见;由于急性一氧化碳中毒后不同脑组织结构可显示出复杂的组织学变化,常规磁共振虽然可以显示一氧化碳中毒后脑部损伤形态学改变,但缺乏一个明确的定量参数用来衡量脑损害程度。因此在急性一氧化碳中毒患者的临床与预后方面的应用价值受到限制。此外,MRI表现与患者的病情轻重及预后的相关性并不强。

  2磁共振弥散加权、弥散张量成像及弥散峰度成像

  自本世纪初以来,磁共振弥散加权成像(Diffusion Weighted Imaging,DWI)已经应用于急性一氧化碳中毒后脑损伤的评价,它可以客观、定量地表示水分子在组织中的分布。急性缺血性病变的细胞毒性水肿表现为DWI高信号区,ADC值降低。在这种情况下,DWI也适用于急性一氧化碳中毒的急性期或亚急性期。有报道发现,在急性一氧化碳中毒后的超急性期和急性期,即12小时内及48小时内,DWI序列在双侧额叶和顶叶表现为高信号区,ADC值降低。在报道中,DWI对白质损伤后的细胞毒性水肿比常规磁共振成像更灵敏。

  DWI在亚急性期及慢性期的表现也有被报道,所有这些报告记录了在亚急性期、慢性期和急性期时,脑白质表现为DWI高信号区及ADC值降低。在迟发性脑损伤的病例中,后遗症发生后的ADC值低于发生之前,并且降低的ADC值将保持1~2个月。从病理的角度来看,这些研究结果表明,这些改变跟白质渐进性脱髓鞘伴有细胞毒性水肿相关。因为这些发现在急性一氧化碳中毒的DWI表现与脑梗塞不同(即降低的ADC值会持续3~5天,在发病1~4周后恢复正常)。急性一氧化碳中毒的脑白质损伤不能简单地由缺血性改变解释。在亚急性期苍白球和脑白质的DWI相比较,苍白球表现为低信号区和高的ADC值,而脑白质是高信号区和低的ADC值。

  该报告中,作者认为苍白球可能比脑白质更早发生坏死;因此,脑白质损伤不仅仅归因于像苍白球损伤过程中的低血压缺血性改变,而且还有渐进性脱髓鞘。许多研究报告发现,ADC升高和迟发性脑损伤之后症状改善是同步的。这些现象可能在暗示脑白质的脱髓鞘变化。弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)可以对急性一氧化碳中毒性脑病的病情判断及预后进行一定的评估,DTI以高斯扩散模型为理论基础分析人体组织结构的差异,水分子在脑白质中的弥散在三维空间上是各向异性的,主要是由于脑白质神经纤维束在宏观和微观上的结构特点,如髓鞘、轴突和纤维束等对水分子弥散的限制作用,使水分子的弥散过程在空间上表现为椭球形。

  目前DWI与DTI在急性一氧化碳中毒时的临床应用,对急性一氧化碳中毒后脑损伤评估有重大的意义与价值,定量分析急性急性一氧化碳中毒性脑病患者不同脑区DTI的扩散特征参数(ADC值、FA值)的变化,可反映出患者脑内的不同结构的不同病理损害,能够为临床评估急性一氧化碳中毒性脑病患者的病情进展提供帮助。

  临床上,急性一氧化碳中毒时除深部的脑白质病变外,往往还会出现脑表面皮层区、脑深部核团等灰质区域的病变,灰质内神经元的高活性和高血供的特性,使其比白质对中毒导致的脑缺氧更敏感。由于脑灰质中水分子的弥散在三维空间是各向同性的,常规DTI模型模拟水分子的信号衰减存在较大误差,因此,DTI在评估急性一氧化碳中毒后脑灰质损伤的定量评估方面存在局限性。弥散峰度成像(Diffusional Kurtosis Imaging,DKI)是在DTI基础上发展起来的一种新的弥散技术,DWI和DTI的理论基础均基于高斯模型,而DKI的理论基础是基于非高斯模型,它是在DTI成像公式的基础上添加四阶张量修正项来弥补二阶张量的不足。相对于传统的DTI技术,DKI更能把握组织微观结构的变化。DKI作为DTI技术的延伸及发展,在以往的研究中已被证实,DKI对评价大脑灰白质微结构的变化比DTI敏感性更高和更具特异性,而且它的参数图在评估疾病进程和治疗预后发挥着非常重要的作用。

  对DKI的研究,国外对DKI的报道更多偏重于白质脑病的研究,如多发性硬化大脑发育、帕金森病、弥漫性轴索损伤、脑胶质瘤等。对于缺血性脑梗死的研究,动物实验较多见,临床研究相对较少。关于DKI在急性一氧化碳中毒脑部的研究,目前有少数报道。

  3磁共振频谱

  磁共振频谱分析(Megnetic Resonance Spectms急性一氧化碳py,MRS)是目前无创性探测活体组织细胞化学特性的唯一途径。通过加在原子核上的强磁场对所测原子核周围的电子以及相邻的原子中的电子产生影响,继而引起原子核位置的微小变化,即所谓“化学位移”,后者使原来具有固定空间的共振原子核产生的频率发生少许变化,在MRS的波谱中会出现不同的窄峰。对于溶液中的化合物来讲,由一组窄峰组成其波谱。各窄峰面积与所测定原子核的数量成正比,即与产生波峰的物质浓度成正比。波谱的水平轴代表共振频率。而在活体组织的研究中,MRS通过采集不同化合物的化学位移,可以对多种代谢物进行定性和定量分析。例如,31PMRS可检测腺苷三磷酸(ATP)、腺苷二磷酸(ADP)、磷酸(Pi)、肌酸(Cr)、磷酸肌酸(Pcr)、酸碱度2+(pH)及游离镁离子(Mg)等的化学位移,1HMRS可检测N-乙酰天冬氨酸(NAA)、乳酸盐(Lac)、乙酰胆碱(Cho)等的化学位移。

  这些代谢物的变化,反映了活体组织细胞内的代谢状况,揭示机体的不同生理病理状态,对于理解和研究机体的各种不同状态具有重要的意义,磁共振波谱非侵袭性监测特定区域脑损伤的代谢物变化,虽然以往关于急性一氧化碳中毒磁共振波谱研究大多数为病例报告,但因为研究放置大脑的感兴趣区体素存在差异,研究结果存在一定的差异,但较为统一的研究报告显示急性一氧化碳中毒引起的变性、胶质细胞增生病理改变可出现活性膜代谢相关的Cho水平增加,而NAA的降低反映轴突或神经元变性或损失,乳酸的存在与缺血或缺氧条件下厌氧糖酵解有关。代谢产物Cho/Cr比值增加主要在早期,慢性后期呈下降改变,NAA/Cr比值从急性一氧化碳中毒3到4周开始下降,乳酸增加最早出现于急性一氧化碳中毒1到2个月后的慢性症状患者中。值得注意的是NAA水平下降被认为是一个很好的预后因素,如NAA/Cr比值与症状发展相关,乳酸的存在作为不可逆转脑损伤的标志,因为它在严重慢性症状患者如运动缄默和闭锁状态中存在。在29例亚急性期急性一氧化碳中毒患者3T磁共振波谱研究中发现,半卵圆区Cho/Cr比值轻微增高,出现慢性期症状患者明显高于急性期出现短暂症状患者,亚急性阶段CHO水平的增加提示CWM炎性脱髓鞘的进展,可以预测病人的慢性期病情。

  4化学交换饱和转移成像研究

  近年来一项磁共振成像新技术,即磁化转移(Magnetization Transfer,MT)成像,该技术通过物理方法增加图像对比度或制造一种新的对比,主要用于检测生物体大分子信息。化学交换饱和转移(Chemical Exchange Saturation Transfer,CEST)技术由MT技术发展而来,其比较经典的原理解释是双池模型。假设有如下两池,A池代表自由水池,B池代表可交换的游离大分子池(如内源性蛋白质或者外源性对比剂等),通过对B池施加选择性预饱和脉冲,在适当的温度及pH范围内,其和周围的A池中的氢质子发生化学交换,进而将部分饱和物质转移到A池,最后双池都达到稳态后,通过测定A池的水信号可以反映出CEST效应的强弱,以此间接获得大分子的浓度等信息。

  CEST成像使用水信号间接检测代谢物信息,因此信号得到了明显的放大,致探测的代谢物浓度达到微摩尔甚至纳摩尔级别,其具有广泛的应用前景。目前,CEST成像已被应用于诸多领域的研究中,包括pH成像、氨基酸类检测、代谢物检测、蛋白质成像及细胞标记等。谷氨酸(Glutamate,Glu)不仅是中枢神经系统中最常见的兴奋性神经递质,也是脑组织中含量最高的氨基酸,并且在某些病理情况下具有兴奋毒性作用。谷氨酸含量的多少与许多中枢神经系统疾病有关。其中谷氨酸的兴奋毒性指的是各种原因(包括机械,化学,毒素等)导致谷氨酸大量释放并堆积于突触间隙,使谷氨酸受体过度兴奋激活,从而引起一系列以神经细胞或其他组织细胞死亡为终结的病理生理变化,其参与许多病变的发病机理,包括脑缺血缺氧性改变、颅脑损伤、脑中风等。

  利用谷氨酸化学交换饱和转移(GluCEST)技术对谷氨酸进行成像,图像显示的谷氨酸在人脑内灰白质的分布与PET显像结果分布比较一致,而且得到的感兴趣区内GluCEST比值与磁共振波谱成像(Magnetic Resonance Spectros急性一氧化碳py,MRS)得到的Glu浓度比值之间有很强的相关性,表明GluCEST成像可以较好地显示脑内谷氨酸含量。Davis等对常规磁共振未能发现病灶的颞叶癫痫患者进行GluCEST成像,发现GluCEST可检测出癫痫发作同侧大脑半球海马区域的CEST信号相对增高,提示谷氨酸CEST成像可用于早期检测非病灶性颞叶癫痫以减少侵入性颅内检查的需要。

  急性一氧化碳中毒后脑中Glu的释放显著增加,突触末梢大量释放Glu,却不能迅速将其灭活,过度刺激NMDA受体,与一氧化碳中毒介导的兴奋性神经毒性及迟发性神经元死亡有密切关系。因此,GluCEST成像技术可作为一种潜在的新型技术以监测急性一氧化碳中毒过程中大脑局灶性谷氨酸浓度的改变,对临床的早期诊断及早期治疗提供帮助。

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