田小雪，郭順林*，張艷利，雷軍強(qiáng)，王少彧

磁共振彌散峰度成像對急性一氧化碳中毒腦損害評估的初步研究

田小雪1，郭順林1*，張艷利1，雷軍強(qiáng)1，王少彧2

目的探討磁共振彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)技術(shù)對一氧化碳(carbon monoxide，CO)中毒急性期腦組織損傷后微觀結(jié)構(gòu)變化的評估價(jià)值。材料與方法對26例CO中毒急性期患者及18名健康志愿者行磁共振常規(guī)軸位T1WI、T2WI、T2WI-tirm、彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)及DKI序列掃描。分析DWI結(jié)果相關(guān)的臨床影響因素，并將病例組依據(jù)DWI掃描圖像中有無病灶檢出分為陽性組和陰性組，分別比較兩病例組與對照組各部位參數(shù)值的組間差異，同時(shí)將均存在差異部位的平均擴(kuò)散系數(shù)(mean diffusion coefficient，MD)值、平均峰度(mean kurtosis，MK)值與DWI上表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值作相關(guān)性分析。結(jié)果(1)意識障礙持續(xù)時(shí)間較長、早期格拉斯哥昏迷量表(glasgow coma scale，GCS)得分減低是DWI掃描結(jié)果出現(xiàn)陽性的影響因素；(2)與對照組相比，病例組MD值減低區(qū)位于雙側(cè)蒼白球、半卵圓中心及側(cè)腦室旁白質(zhì)、胼胝體膝部；MK值升高區(qū)位于雙側(cè)蒼白球、丘腦、半卵圓中心及側(cè)腦室旁白質(zhì)；其中陰、陽性兩組患者蒼白球同時(shí)存在MD值減低、MK值升高，丘腦同時(shí)存在MK值升高；此外，陽性組蒼白球區(qū)各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值減低；(3)病例組MD值減低、MK值升高分別與DWI的ADC值減低相關(guān)性良好。上述差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。結(jié)論DKI技術(shù)可以反映CO中毒急性期患者腦組織損傷后的微結(jié)構(gòu)改變，有利于從微觀水平更好地理解CO中毒急性期患者腦損害的特點(diǎn)。

一氧化碳中毒；腦損害；彌散峰度成像；磁共振成像

急性一氧化碳(carbon monoxide，CO)中毒指因吸入過量CO引起的中毒。CO中毒主要導(dǎo)致細(xì)胞水平的氧輸送和氧利用障礙，對血管吻合支少且代謝旺盛的器官如大腦和心臟可造成嚴(yán)重?fù)p害。而對中毒者腦損害的及時(shí)檢測直接影響著患者的治療和預(yù)后。影像學(xué)檢查作為一種客觀評價(jià)CO中毒腦損害的有效手段已十分普及，而部分急性期患者常規(guī)電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomography，CT)及磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)檢查均為陰性，但臨床上仍出現(xiàn)頭痛、頭暈、意識不清甚至昏迷癥狀，與影像評估的嚴(yán)重程度不相符合。如何解決這一困惑，尋找一種更準(zhǔn)確、敏感的評價(jià)方法尤為重要。磁共振彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)是描繪組織內(nèi)非正態(tài)分布水分子擴(kuò)散的一種新的功能成像技術(shù)，較常規(guī)的彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)，DKI技術(shù)能夠更好地反映出活體組織微觀結(jié)構(gòu)的變化[1-2]。本研究應(yīng)用DKI對CO中毒急性期患者腦組織進(jìn)行參數(shù)值測量，并與正常對照組進(jìn)行比較，初步探討此項(xiàng)技術(shù)對中毒早期患者腦組織微結(jié)構(gòu)改變的評估價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

收集本院2015年10月至2016年4月臨床確診的CO中毒患者26例，男15例，女11例，年齡24～78歲，平均(52.5±7.9)歲，并在發(fā)病后1～7 d行MR檢查。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)根據(jù)吸入較高濃度CO的接觸史，急性發(fā)生的中樞神經(jīng)損害的癥狀和體征，結(jié)合血液碳氧血紅蛋白(carboxyhemoglobin，COHb)測定的結(jié)果，按照國家診斷標(biāo)準(zhǔn)(GB87-88)，作出急性CO中毒診斷[3]；(2)中毒7 d以內(nèi)的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往有腦炎、腦外傷、腦血管病、代謝性腦病、癲癇、精神疾病等病史患者；②急性中毒7天以上患者；③發(fā)生遲發(fā)腦病患者；④非CO的其他氣體中毒患者；⑤嬰幼兒患者。同時(shí)選取18名健康志愿者作為對照組，男10例，女8例，年齡25～70歲，平均(48.0±10.6)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)既往無腦炎、腦外傷、腦血管病、代謝性腦病、癲癇、精神疾病等病史者；(2)常規(guī)顱腦MRI檢查無明顯陽性發(fā)現(xiàn)者、神經(jīng)系統(tǒng)檢查無明確陽性體征者；(3)無各種潛在影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的全身性疾病者、無患有無法配合或影響MRI掃描過程的疾病者。所有患者及健康志愿者均對本研究簽署知情同意書并同意參加。

1.2 臨床情況

(1)中毒原因：炭火取暖7例，煤爐燃燒19例；(2)臨床表現(xiàn)：輕者表現(xiàn)為不同程度頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、心悸和四肢無力；中重度患者主要表現(xiàn)為不同程度意識障礙和呼吸障礙；(3)臨床專科醫(yī)師根據(jù)格拉斯哥昏迷量表(glasgow coma scale，GCS)判斷意識狀態(tài)情況并獲得GCS得分。格拉斯哥昏迷評分標(biāo)準(zhǔn)：最低3分，最高15分，意識清醒者為滿分15分，意識障礙者為3～14分，其中13～15分為輕度昏迷，9～12分為中度昏迷，3～8分為重度昏迷[4]。本組病例意識障礙者(GCS得分為3～14分)18例，意識清醒者(GCS得分為15分)8例；(4)COHb定性測量，陽性9例，假陽性6例，陰性11例。

1.3 檢查方法

采用Siemens Magnetom Skyra 3.0 T超導(dǎo)型MR掃描儀，標(biāo)準(zhǔn)32通道顱腦專用線圈。頭顱常規(guī)MRI檢查包括：T1WI、T2WI、T2WI-tirm、DWI，掃描參數(shù)：T1WI：TR 1670 ms，TE 11 ms，矩陣320×182，層厚5 mm，層間距6.5 mm，視野(FOV)151 mm×230 mm，單次采集。T2WI：TR 4600 ms，TE 106 ms，矩陣320×320，層厚5 mm，層間距6.5 mm，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，單次采集。T2WI-tirm：TR 8000 ms，TE 92 ms，矩陣256×168，層厚5 mm，層間距6.5 mm，視野(FOV)175 mm×230 mm，單次采集。DWI：TR 4500 ms，TE 102 ms，矩陣192×192，層厚5 mm，層間距6.5 mm，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm。DKI采用雙自旋回波序列進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)為TR 6000 ms，TE 96 ms，F(xiàn)OV 122 mm×122 mm，矩陣1440×1440，層厚2.3 mm，層間距3 mm，NEX 1，在30個(gè)方向施加彌散敏感梯度，b值取0、1000、2000 s/mm2。

1.4 圖像處理

通過Functool軟件對DWI圖像及DKI原始圖像進(jìn)行分析處理，構(gòu)建表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)圖、各向異性(fractional anisotropy，F(xiàn)A)圖、平均擴(kuò)散系數(shù)(mean diffusivity，MD)圖、平均峰度(mean kurtosis，MK)圖。見圖1A～1D。參考T1WI、T2WI、T2WI-tirm序列圖像，在T1WI圖上由兩位神經(jīng)影像診斷醫(yī)師選取感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，共分為6組15個(gè)感興趣區(qū)：半卵圓中心、側(cè)腦室旁、外周白質(zhì)(ROI：額葉、頂葉、顳葉、枕葉)、深部白質(zhì)(胼胝體膝部、壓部、干部)、深部灰質(zhì)(蒼白球、殼、丘腦)、幕下(小腦、中腦、腦干)。平均體素于半卵圓中心約400 mm3、側(cè)腦室旁300 mm3、外周白質(zhì)100 mm3、深部白質(zhì)100 mm3、深部灰質(zhì)90 mm3、小腦150 mm3、中腦50 mm3、腦橋100 mm3。不同部位ROI均取其能顯示的最大層面，參照陽性患者組，放置陰性患者、對照組的部分感興趣區(qū)，并盡可能確保不同測量對象在同一部位的測量層面、ROI放置位置及體素大小一致，對同一解剖部位行雙側(cè)對稱測量(除胼胝體、中腦及腦橋外)，記錄相同ROI的DWI參數(shù)值：ADC值、DKI參數(shù)值(FA值、MD值、MK值)，同一部位同一層面用相同大小ROI測量3次，取均值。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件采用SPSS 17.0，統(tǒng)計(jì)數(shù)值以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。對數(shù)值變量行正態(tài)性檢驗(yàn)。分類資料采用構(gòu)成比的χ2檢驗(yàn)，當(dāng)n＜40時(shí)，采用Fisher檢驗(yàn)；年齡、昏迷時(shí)間、GCS得分與DWI掃描結(jié)果間的比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；將病例組依據(jù)DWI圖像中有無病灶檢出分為陽性組和陰性組，采用配對樣本t檢驗(yàn)分別比較3組各部位的DKI參數(shù)是否存在側(cè)別差異；若無差異則取各部位左右側(cè)的均值(胼胝體、中腦及腦橋不取均值，分別進(jìn)行比較)，進(jìn)而行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分別比較兩病例組與對照組的各部位參數(shù)是否存在差異，若存在差異則于兩病例組均出現(xiàn)差異部位分別對ADC值與MD值、MK值行Pearson相關(guān)性分析；以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 DWI掃描結(jié)果與臨床因素的關(guān)系Tab.1 The relationship between DWI imaging and clinical factors

2 結(jié)果

2.1 DWI掃描結(jié)果

通過對納入本研究的26例急性期CO中毒患者進(jìn)行DWI序列掃描，檢出DWI上出現(xiàn)陽性病灶患者共17人，陰性者9人。陰性組患者DWI圖上未出現(xiàn)明確異常高信號病灶。陽性組中，僅蒼白球區(qū)出現(xiàn)病灶者10人，且病灶基本呈對稱性分布，表現(xiàn)為長T1長T2信號，DWI為高信號，呈典型“熊貓眼”征表現(xiàn)，3例患者兩側(cè)蒼白球病灶不對稱，2例患者病灶為單側(cè)；2例患者除蒼白球區(qū)病灶外，白質(zhì)區(qū)亦出現(xiàn)病灶，累及范圍主要為半卵圓中心及側(cè)腦室旁白質(zhì)。見圖1E、1F。

2.2 DWI掃描結(jié)果與臨床各因素的關(guān)系

17例DWI掃描陽性組患者中，男性9例，年齡36～78歲，女性8例，年齡24～70歲，其中COHb陽性者11人，陰性者6人；9例陰性組患者中，男性6例，年齡45～74歲，女性3例，年齡50～72歲，其中COHb陽性者4人，陰性者5人。陽性組意識障礙持續(xù)時(shí)間7～15 h，GCS評分5～11分，陰性組意識障礙持續(xù)時(shí)間2～5 h，GCS評分12～15分。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示意識障礙持續(xù)時(shí)間較長、GCS得分減低是DWI掃描結(jié)果出現(xiàn)陽性的影響因素。見表1。

2.3 兩病例組與對照組各部位FA、MD、MK值的比較

陰、陽性組及對照組各部位的FA、MD、MK值左右側(cè)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，胼胝體、中腦及腦橋未進(jìn)行側(cè)別比較。與對照組相比，病例組MD值減低部位位于雙側(cè)蒼白球、半卵圓中心及側(cè)腦室旁白質(zhì)、胼胝體膝部；MK值升高部位位于雙側(cè)蒼白球、丘腦、半卵圓中心及側(cè)腦室旁白質(zhì)；其中陰、陽兩組患者蒼白球同時(shí)存在MD值減低、MK值升高，丘腦同時(shí)存在MK值升高；此外，陽性組蒼白球FA值減低，上述差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。見表2。

2.4 兩病例組分別與對照組不同部位ADC值與MD值、MK值的相關(guān)性分析

陰、陽性病例組分別與對照組組間比較均出現(xiàn)顯著性差異的部位，包括陽性組的半卵圓中心、側(cè)腦室旁及兩組的蒼白球區(qū)，ADC與MD表現(xiàn)出良好的正相關(guān)性，與MK表現(xiàn)出良好的負(fù)相關(guān)性(P＜0.05)。見表3。

3 討論

CO中毒是最常見的致死性氣體中毒方式，而在幸存患者中亦可以引起廣泛的腦損傷及后續(xù)的認(rèn)知功能損害[5]。中毒早期腦損害的嚴(yán)重程度可直接影響患者的預(yù)后恢復(fù)。而由于中毒者早期臨床表現(xiàn)差異較大，故臨床上目前尚無對其腦損害嚴(yán)重程度的有效評判方法。常規(guī)MRI序列可對CO中毒患者腦損傷進(jìn)行一定的評估，但尚無法對中毒患者腦組織的損害程度與其微觀組織學(xué)改變之間的關(guān)系進(jìn)行定量評價(jià)，因而其價(jià)值有限。常規(guī)彌散序列DWI作為一種比較成熟的能夠反映活體組織內(nèi)水分子彌散運(yùn)動的功能成像技術(shù)，相比于傳統(tǒng)MR序列，可以更早且更靈敏地檢測到尤其是腦白質(zhì)的損害，間接反映其早期細(xì)胞毒性水腫的微觀病理改變，還可將ADC值用于量化分析[6]。但目前DWI仍較多用以監(jiān)測與CO中毒慢性期癥狀有關(guān)的腦白質(zhì)異常，對急性期漸進(jìn)性的腦組織微結(jié)構(gòu)改變的相關(guān)研究較少[7]。

DKI是近年逐漸被認(rèn)識的一種新的功能成像技術(shù)，并逐漸得到越來越廣泛的臨床研究。常規(guī)彌散假設(shè)水分子在隨機(jī)情況下其運(yùn)動位移滿足高斯分布，而有研究認(rèn)為人腦組織水分子彌散的運(yùn)動位移是非高斯分布的，DKI用擴(kuò)散峰度描述水分子擴(kuò)散分布偏移自由擴(kuò)散高斯分布的程度。DKI的主要參數(shù)為MK值，文獻(xiàn)中指出感興趣區(qū)內(nèi)組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，從而非高斯分布水分子擴(kuò)散受限程度越顯著，MK值也越大，其優(yōu)勢在于可不依賴于組織結(jié)構(gòu)的空間方位，對腦灰、白質(zhì)結(jié)構(gòu)皆可描述[8]。

表2 兩病例組與對照組各部位FA、MD、MK值Tab.2 The FA, MD, MK values in two case groups and the control group

表2 兩病例組與對照組各部位FA、MD、MK值Tab.2 The FA, MD, MK values in two case groups and the control group

注：采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)將兩組患者各參數(shù)分別與對照組進(jìn)行比較，*表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

感興趣區(qū) FAMD (mm/s2)MK (mm/s2)半卵圓中心正常0.430±0.0480.888±0.0571.232±0.034陽性0.377±0.035 0.816±0.050*1.270±0.042*陰性0.380±0.0640.901±0.1311.222±0.016側(cè)腦室旁正常0.508±0.0250.867±0.0401.235±0.079陽性0.441±0.012 0.827±0.016*1.323±0.044*陰性0.484±0.0920.863±0.1071.262±0.035外周白質(zhì)額葉正常0.361±0.1080.873±0.0481.047±0.095陽性0.334±0.0320.832±0.0481.078±0.131陰性0.342±0.0790.846±0.1201.001±0.085頂葉正常0.319±0.1160.927±0.0720.913±0.096陽性0.236±0.0800.901±0.0621.010±0.118陰性0.293±0.1060.909±0.1200.997±0.068枕葉正常0.321±0.0620.970±0.1081.014±0.059陽性0.276±0.0360.885±0.0681.087±0.142陰性0.298±0.0560.917±0.0261.053±0.063顳葉正常0.362±0.0300.920±0.1171.092±0.067陽性0.308±0.0300.878±0.0381.128±0.058陰性0.329±0.0610.888±0.0661.114±0.137深部灰質(zhì)蒼白球正常0.278±0.0380.998±0.0301.039±0.058陽性 0.189±0.037*0.860±0.009*1.194±0.073*陰性0.262±0.018 0.920±0.058*1.115±0.054*殼正常0.229±0.0380.907±0.0950.862±0.056陽性0.194±0.0160.794±0.0450.894±0.056陰性0.198±0.0320.881±0.1330.851±0.073正常0.273±0.0190.859±0.0340.726±0.023陽性0.245±0.0370.848±0.019 0.867±0.054*陰性0.256±0.0350.852±0.031 0.848±0.015*深部白質(zhì)丘腦正常0.728±0.0991.135±0.1361.156±0.136陽性0.596±0.082 1.004±0.073*1.233±0.178陰性0.643±0.1431.180±0.3141.154±0.171胼胝體壓部胼胝體膝部正常0.783±0.0611.029±0.2691.468±0.216陽性0.692±0.0440.930±0.0561.611±0.135陰性0.774±0.1470.967±0.0841.506±0.289胼胝體干部正常0.574±0.1301.421±0.4471.010±0.156陽性0.453±0.1041.233±0.2141.115±0.159陰性0.531±0.1771.260±0.2761.091±0.252幕下 中腦正常0.443±0.0320.977±0.1491.294±0.093陽性0.433±0.0610.928±0.0571.327±0.144陰性0.435±0.0740.905±0.0721.292±0.142腦橋正常0.401±0.0200.930±0.0891.318±0.082陽性0.382±0.0590.911±0.0591.344±0.011陰性0.386±0.0700.926±0.0881.339±0.050正常0.170±0.0120.914±0.0860.942±0.026陽性0.165±0.0170.872±0.0421.004±0.050陰性0.163±0.0230.897±0.0451.018±0.086小腦

本研究所收集的病例組中并非所有患者在中毒急性期DWI上都會出現(xiàn)陽性病灶。統(tǒng)計(jì)分析DWI掃描結(jié)果與性別、年齡、意識障礙持續(xù)時(shí)間、GCS得分、COHb的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)意識障礙持續(xù)時(shí)間較長、早期GCS得分的減低是DWI掃描陽性的影響因素。意識不清持續(xù)時(shí)間越長、GCS得分越低，表明患者腦損傷程度越重，DWI上越容易出現(xiàn)陽性結(jié)果，而COHb陽性并非是DWI上出現(xiàn)陽性病灶的影響因素，推測其原因，可能與患者撤離中毒環(huán)境并采取急救措施后血液中COHb含量下降有關(guān)，也有研究表明COHb含量在評估組織損害方面不是一個(gè)十分可靠的指標(biāo)[9]。

一氧化碳與血紅蛋白的結(jié)合力比氧與血紅蛋白的結(jié)合力大200～300倍，碳氧血紅蛋白的解離速度只有氧血紅蛋白的1/3600。因此當(dāng)一氧化碳被吸入人體，進(jìn)入血液與血紅蛋白結(jié)合生成碳氧血紅蛋白時(shí)，不僅減少了紅細(xì)胞的攜氧能力，而且抑制、減慢了氧合血紅蛋白的解離和氧的釋放，從而加劇了組織缺氧。有研究表明引起CO中毒效應(yīng)的直接因素是溶于血漿中的CO而不是碳氧血紅蛋白，溶于血漿中的CO可以進(jìn)入細(xì)胞并阻礙其有氧代謝過程[10]。CO可與線粒體的細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合，阻斷電子傳遞鏈，從而導(dǎo)致細(xì)胞呼吸功能的紊亂。大腦對缺氧十分敏感，低氧可使腦細(xì)胞產(chǎn)生過多有害物質(zhì)如亞硝酸鹽類、過氧化物酶、蛋白酶及活性氧等，進(jìn)而在腦組織中引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，細(xì)胞壞死、凋亡，和持續(xù)不斷的炎癥反應(yīng)[9-12]。

表3 病例組不同部位MD、MK分別與ADC的相關(guān)性分析Tab.3 The correlation between MD or MK and ADC at different area of case groups

圖1 女，36歲，急性CO中毒8 h。A (ADC)、B (FA)、C (MD) 蒼白球區(qū)病灶如箭所示，與DWI相反呈低信號；D：MK 如箭所示，病灶區(qū)域信號同樣異常增高；E：DWI蒼白球區(qū)為明顯高信號，且病灶基本對稱分布，呈典型“熊貓眼”征表現(xiàn)；F：DKI 蒼白球區(qū)亦為高信號表現(xiàn)，且在近似層面相比于DWI，信號強(qiáng)度更高、病灶顯示范圍也較大Fig. 1 A 36-year-old woman had a history of 8 hours after acute carbon monoxide intoxication. A (ADC), B (FA), C (MD) In contrast to DWI,there was decreased signal in the focus regions as indicated by arrows; D:MK similarly, abnormal increased signal was seen in the bilateral GP as indicated by arrows; E: DWI markedly high signals were depicted in the bilateral GP, which were basically symmetrical and presented typical "panda eyes" sign; F: DKI clear hyperintense areas in the bilateral GP were also found on DKI images, compared to DWI, the intensity of signals was higher and the range of lesions was wider.

本研究的主要對象是CO中毒后1～7 d內(nèi)的患者，均屬急性期，MR掃描顯示陽性組患者在蒼白球區(qū)均出現(xiàn)長T1長T2信號灶，DWI呈高信號，部分呈典型的“熊貓眼”征(圖1E)。研究顯示，與正常對照組相比，病例組的陰、陽性兩組患者蒼白球均存在MD值減低、MK值升高，此外，陽性組蒼白球FA值亦減低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這一結(jié)果更加證實(shí)了蒼白球區(qū)是急性CO中毒的易損區(qū)。以往文獻(xiàn)[13-15]中也同樣指出腦組織的不同區(qū)域?qū)O中毒反應(yīng)的敏感性不一，其中以蒼白球最易受損，其可能的原因有[16]：(1)此區(qū)域由于血管吻合支較少、血供不豐富，易受低氧低血壓作用的影響；(2)蒼白球是腦組織中鐵含量最高的區(qū)域，CO可直接與蒼白球內(nèi)的亞鐵血紅素相結(jié)合。DKI掃描亦可以得到FA值、MD值，本研究中針對兩病例組分別與對照組組間比較中均出現(xiàn)顯著性差異的部位，將DWI序列的ADC值分別與MD值、MK值做相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)ADC與MD表現(xiàn)出良好的正相關(guān)性，與MK表現(xiàn)出良好的負(fù)相關(guān)性。而ADC值能夠評估水分子的彌散受限，間接反映腦組織損傷后的微結(jié)構(gòu)變化，因此從病理生理角度看，在CO中毒的急性期，缺氧使腦細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞毒性水腫，導(dǎo)致細(xì)胞外間隙減小，水分子彌散受到限制，使MD值減低。而在早期發(fā)生細(xì)胞毒性水腫的同時(shí)，髓鞘脫失及細(xì)胞調(diào)亡過程已經(jīng)開始顯現(xiàn)，加之缺氧引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)及脂質(zhì)過氧化，可以激發(fā)免疫反應(yīng)和增加小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的活性，所以推測這些因素都可加劇細(xì)胞環(huán)境的復(fù)雜化，使MK值升高。

本研究顯示相對于對照組丘腦的MK值，病例組兩組患者丘腦MK值的升高差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可推測MK值對丘腦的病變較為敏感，可能原因如下：(1)丘腦本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分為不同的神經(jīng)核團(tuán)，有研究表明丘腦的中心區(qū)域易受損傷，即便是輕微的[11]；(2)MK值不依賴于組織結(jié)構(gòu)的空間方位，對于各向同性結(jié)構(gòu)，如灰質(zhì)，MK值較FA值更有意義[12]。另外研究結(jié)果顯示，在丘腦區(qū)，與正常對照組相比，陰性組MK值的升高差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而FA及MD值的減低差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，原因可能有：(1)MK值在探測深部灰質(zhì)(如丘腦)神經(jīng)元微結(jié)構(gòu)的損傷方面具有更高的敏感性，在CO中毒急性期，即使常規(guī)MR掃描圖像上未見明顯異常，但通過MK值的變化，已能檢出深部灰質(zhì)微小的病理改變；(2)由于MK值反映的是ROI內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，當(dāng)腦細(xì)胞發(fā)生損害時(shí)，首先發(fā)生的是細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的紊亂和復(fù)雜化，進(jìn)而導(dǎo)致了非高斯分布水分子的彌散受限，所以MK值可更早檢測到細(xì)胞損害的發(fā)生。

此外，有研究認(rèn)為相比于腦灰質(zhì)，MR掃描更易檢出腦白質(zhì)的損傷，其中最常受損的部位是半卵圓中心和側(cè)腦室旁白質(zhì)，腦白質(zhì)受損也可發(fā)生于顳葉、枕葉、頂葉及胼胝體[19-20]，但很少有文獻(xiàn)提及有關(guān)小腦與腦干損傷的內(nèi)容，原因可能為幕下組織對缺氧更具耐受力[14]。本研究MR掃描僅2例患者白質(zhì)區(qū)出現(xiàn)病灶，累及范圍主要為半卵圓中心及側(cè)腦室旁白質(zhì)，但統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，陽性組患者雙側(cè)半卵圓中心及側(cè)腦室旁白質(zhì)同時(shí)存在MD值減低、MK值升高，胼胝體膝部亦出現(xiàn)MD值減低，而幕下ROI各參數(shù)值均未出現(xiàn)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這表明一方面中毒患者M(jìn)D、MK值的變化與上述觀點(diǎn)一致，另一方面MD、MK值對腦白質(zhì)損傷的檢測要比常規(guī)MR掃描更加敏感，能更早檢測到異常變化。此外，本研究中僅在陽性組的蒼白球FA值顯著降低，其他部位FA值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。FA值主要反映的是白質(zhì)纖維束的完整性，是軸向擴(kuò)散與徑向擴(kuò)散的相對比[21]。FA值在急性期可無明顯變化，因?yàn)镃O中毒腦損害時(shí)，隨著神經(jīng)軸索發(fā)生髓鞘崩解、脫失，水分子的軸向擴(kuò)散運(yùn)動受限，其各向異性程度才會明顯減低，而脫髓鞘改變是一個(gè)漸進(jìn)發(fā)展的趨勢，多在亞急性期及慢性期逐漸顯現(xiàn)，急性期主要病理改變?yōu)榧?xì)胞毒性水腫[22-23]。

總之，本研究表明DKI技術(shù)可以進(jìn)一步完善微觀結(jié)構(gòu)信息，特別是MK值能夠反映灰質(zhì)的微結(jié)構(gòu)改變，可更敏感且更早地發(fā)現(xiàn)急性期CO中毒患者腦部灰白質(zhì)異常，有利于臨床客觀評估患者病情，并及早干預(yù)和給予恰當(dāng)治療。本研究的不足：(1)由于樣本量小，暫時(shí)未做監(jiān)測CO中毒腦損傷及其程度的界限值；(2)考慮到數(shù)據(jù)龐大，本研究只選取組間均存在差異性的部位的MD值、MK值與ADC值作相關(guān)性分析；(3)由于本研究是臨床研究，在急性期難以獲得CO中毒患者病理學(xué)資料，故本研究結(jié)果無法得到病理驗(yàn)證。

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A preliminary study on evaluation of brain damage in acute phase of carbon monoxide intoxication with diffusion kurtosis imaging

TIAN Xiao-xue1, GUO Shun-lin1*, ZHANG Yan-li1, LEI Jun-qiang1, WANG Shao-yu21Department of Radiology, the First Hospital of Lanzhou University, Lanzhou 730000,China
2MR Division, Siemens Healthcare Sector, Siemens Ltd. Shanghai 200000, China

Objective:To explore the clinical value of MR diffusion kurtosis imaging (DKI) about diagnosing micro-changes of brain tissue in acute phase of CO intoxication.Materials and Methods:Routine MRI and DKI was performed in 26 cases with CO poisoning of acute stage (case group) and 18 healthy volunteers (control group). Analyze the relationships between DWI results and clinical factors. The study group was divided into two groups baesd on whether there had lesions detected in DWI images: positive and negative group. The DKI parameters of same brain area were compared separately between two case groups and control group. Analyze the correlation between ADC and two kinds of parameters of MD and MK in these differential parts of brain of case groups respectively if there were both differences in some areas.Results:①The positive DWI scan results were affected by a long duration of disturbance of consciousness and a diminution of GCS score; ②Compared with the controls, in case groups there was a significantly reduced MD value of bilateral globus pallidus, centrum semiovale and periventricular white matter, corpus callosum genu, and MK values were increased in bilateral globus pallidus, thalamus,centrum semiovale and periventricular white matter. Thereinto, in positive and negative group, MD values of globus pallidus were significantly reduced while MKvalues were increased, and MK values of thalamus were also increased. Besides, in positive group FA values of globus pallidus were reduced; ③The results indicated that there was a strong correlation between MD or MK and ADC in case groups. The above differences were statistically significant (P＜0.05).Conclusion:DKI techniques can reflect tiny structural changes of brain tissue in acute phase of CO intoxication, which will contribute to explaining features of brain damage from a micro level.

Carbon monoxide poisoning; Brain damage; Diffusion kurtosis imaging; Magnetic resonance imaging

6 Dec 2016, Accepted 20 Jan 2017

作者單位：
1.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科，蘭州730000
2.西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司磁共振事業(yè)部，上海 200000

郭順林，E-mail：guoshunlin@msn.com

2016-12-06

接受日期：2017-01-20

R445.2；R742

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.06.005

田小雪, 郭順林, 張艷利, 等. 磁共振彌散峰度成像對急性一氧化碳中毒腦損害評估的初步研究. 磁共振成像, 2017,8(6): 424-430.*Correspondence to: Guo SL, E-mail: guoshunlin@msn.com