作者：张馨，王文岚，李娅，暴军香，空军军医大学航空航天医学系

一氧化碳（CO）是许多国家最常见的中毒物质之一，短期暴露于高浓度的CO中会引起急性CO中毒。CO中毒患者经抢救在急性中毒症状恢复后，经过数天或数周行为表现正常或接近正常的“假愈期”突然起病，表现为记忆力减退，人格改变，认知或执行功能缺陷，情绪障碍，帕金森症，肌张力障碍等一系列迟发性神经精神后遗症，称之为急性CO中毒后迟发性脑病（delayed encephalopathy after acute carbon monoxide poisoning，DEACMP）。

DEACMP的发生率高，约有50%的严重CO中毒患者受到影响，致残率高，预后差，已成为世界医学界的研究热点。DEACMP的脑损伤程度判定、早期预测及治疗效果评估对DEACMP患者具有重大意义。白质脱髓鞘病理是DEACMP的主要特征，DEACMP患者通常表现出白质异常。然而常规MRI与CT对CO中毒引起的白质损伤评估能力有限，难以精准评估脑损伤。而且在临床应用中常规MRI与CT结果较难表征患者的预后。扩散张量成像（difusion tensor imaging，DTI）和扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）可以反映DEACMP的白质微观结构，检测并量化微小病变。

已经有许多学者基于DTI和DKI对DEACMP开展研究，主要为DEACMP患者的脑损伤程度及认知障碍的情况、CO中毒患者后期是否会发展为DEACMP（即进行早期预测）、DEACMP患者的治疗效果评估。本文将对DTI及DKI在DEACMP中的研究进展进行综述，为临床上DEACMP脑损伤判定、早期预测、临床治疗效果评价提供帮助。

1.DTI、DKI成像原理及研究进展

DTI利用水分子的扩散各向异性进行成像，显示水分子扩散的方向性，可以准确反映MRI及CT无法检测到的白质微观结构的不同病理变化，也可以反映灰质结构，量化脑损伤程度。DTI指标包含平均扩散系数（average diffusion coefficient，ADC）、平均扩散率（mean diffusivity，MD）和分数各向异性（fractional anisotropy，FA）等。

DKI采用四阶三维完全对称张量非高斯分布的数学模型，在测量过程中，峰度值受干扰因素影响较小，能够从微观层面更准确地检测组织中水分子的运动，反映生物组织的微观结构复杂性，可以完整揭示神经退行性疾病中纤维排列复杂的白质区域中的神经组织。DKI指标除了MD、FA和ADC，还包含峰度各向异性分数（kurtosis fractional anisotropy，KFA）和平均峰度（mean kurtosis，MK）。MK能反映微观结构的复杂程度。

迄今为止，DTI和DKI已应用于帕金森病、阿尔兹海默症、抑郁症、早产儿的神经发育等多种疾病的研究和诊断。截止目前大量研究采用CT和常规MRI显示DEACMP结构改变，但是都无法精确地揭示出以白质脱髓鞘病理为主要特征的DEACMP白质改变情况。因此，许多学者基于DTI和DKI从白质微观结构改变上进行DEACMP脑损伤、早期预测及治疗效果评估研究。

2.DTI、DKI在DEACMP脑损伤评估中的应用

CO中毒导致脑组织缺氧，造成脑结构及功能损伤。脑损伤情况直接影响患者预后。客观评估患者脑损伤程度对DEACMP的研究具有重大价值。DTI和DKI在白质损伤检测方面有巨大优势，更能反映患者脑损伤程度及认知障碍情况。Fan等研究发现在T2WI中CO中毒患者的小脑显示正常，但在DKI中小脑的FA和MK值下降，MD值上升。该研究结果显示患者CO中毒第16天，小脑的FA和MK值下降，MD值上升，具有显著差异。在第20周，患者的运动损伤症状，如震颤和肌张力障碍已经痊愈，此时发现患者组和对照组间的小脑的MK值已无差异。该研究认为DKI可以更准确地检测患者脑部微观结构的损伤和揭示脑的病变情况。

Jiang等基于DTI研究发现DEACMP患者局部和全局脑网络的信息传递效率明显降低。一些脑区，如默认网络、枕叶、顶叶等节点的拓扑学特性发生了变化，这可能是DEACMP患者出现反应迟钝、记忆力下降、逻辑思维能力下降、视觉障碍等临床症状的主要原因。Jiang等发现DTI不仅可以微观展示急性CO中毒白质细节改变，还可以采用成像技术量化大脑深部灰质损伤程度，研究损伤特征及其与记忆、认知障碍的相关性。

该研究对25例急性CO中毒患者和25例性别与年龄相匹配的健康志愿者进行常规头部MRI和DTI检查，双侧海马、丘脑、杏仁核、苍白球和壳核被作为感兴趣区域，分析急性CO中毒患者的MD、FA和深部灰质核的外观。研究发现CO中毒患者ADC的变化与其临床认知障碍具有相关性。与健康对照组相比，双侧苍白球、海马、壳核FA值降低，杏仁核和丘脑FA值无统计学意义；海马、苍白球和壳核的MD值和ADC值升高，而丘脑和杏仁核的MD值和ADC值也无统计学意义。

研究证实DTI能够灵敏反映急性CO中毒所致的灰质核损伤，在一定程度上量化缺氧脑损伤程度，能反映认知障碍的情况。Hirsch等研究发现长期接触低浓度的CO也会诱发迟发性脑病的发生，中枢神经系统也发生相应的变化。慢性CO中毒患者DTI显示苍白球前部双侧有两个高密度病灶，与急性CO中毒神经后遗症脑损伤情况一致。相比DTI，DKI以其更先进的扩散成像模型可以提供更好的微观结构对比度。DKI可用于检测急性CO中毒患者早期白质改变。

Tsai等在患者CO中毒后8天内，进行MR扫描获取DKI数据。与对照组相比急性CO中毒患者胼胝体、扣带回和运动相关区域的MK显著降低，然而，FA值仅在皮质脊髓束区域显著降低。DKI在早期检测急性CO中毒患者的白质变化方面表现出比DTI更强的潜力。Zhang等通过DKI评估急性CO中毒后急性期、迟发性脑病和慢性期的灰质和白质的微观结构变化，同时探究DKI与急性CO中毒迟发性脑病的关联性。

在急性CO中毒后1周、3～8周和6个月内对患者进行扫描，结果显示在白质中，MK从急性到迟发神经精神病阶段增加，然后在慢性阶段下降，而在灰质中MK显示为持续下降。与MK相反，MD在白质中先下降然后增加，而在灰质中从急性期到慢性期，MD显示为持续增加。在白质和灰质中，FA和KFA值随着时间逐渐下降。KFA显示出最佳诊断效率，曲线下面积为0.812（P=0.000）。研究表明从纵向来看，急性CO中毒后白质和灰质的微观结构随时间的变化并不一致。DKI提供了重要的补充信息来量化该疾病对认知障碍的损害。

3.DTI、DKI在DEACMP早期预测中的应用

迟发性脑病的特征是急性CO中毒恢复后突然发生的神经功能恶化。预测CO中毒患者是否会发展为DEACMP是一个非常重要的临床问题，可以帮助患者进行早期干预治疗，增加疾病治愈率。急性期意识情况和碳氧血红蛋白浓度对预测长期临床行为表现帮助不大。CT和常规MRI在DEACMP早期预测方面能力不足。DTI和DKI在DEACMP的早期预测中显示出巨大潜力。基于DTI的白质纤维束连接网络结构，可以准确反映白质纤维的追踪。脑结构白质网络的分析，可以从白质的角度研究认知相关脑结构。

Jiang等基于DTI分析DEACMP患者脑结构网络变化特征，探讨DEACMP认知障碍的神经影像学机制。该研究分析了DEACMP患者脑结构网络的拓扑属性、节点度和小世界属性，帮助揭示CO中毒造成的认知相关脑损伤，预测后期大脑重塑效果。研究表明DTI结合这些方法有助于准确定位DEACMP患者脑结构损伤，为早期预测DEACMP提供客观有效的依据。有研究通过探究DEACMP患者表现出的进行性白质变化特点来进行早期预测。该研究使用体素DKI检测CO中毒患者从急性到慢性阶段的纵向白质变化。

该研究对所有受试者进行DKI扫描，并在CO中毒后1周和1、3和9个月对CO中毒患者重复进行扫描，结果显示在体素分析中，在白质损伤的患者中检测到进行性白质改变。在1周时的急性期，白质损伤主要发生于多巴胺能通路中，而在1～9个月的慢性期，白质损伤向皮层下区域扩展。然而，没有发现白质损伤的患者在CO中毒后的9个月内白质无显著变化。此外，受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线分析表明，在CO中毒后1周，轴向峰度和MK值在区分迟发性神经精神后遗症患者与无后遗症患者方面比其他扩散指数具有更好的性能。

研究证实体素DKI分析有助于纵向研究白质变化并预测DEACMP。Zheng等研究分析了CO中毒患者早期MRI及DKI影像特征。19例临床确诊急性CO中毒患者［中毒后（5.2±1.25）天］和10名年龄匹配的正常志愿者接受了常规MRI扫描，其中5名患者在中毒后3周～3个月接受了DKI和MRI扫描，5例患者中有2例最终被诊断为DECAMP。CO中毒急性期MRI扫描显示双侧额颞叶皮层、皮层下白质区和海马信号异常，DEACMP患者双侧大脑白质区和苍白球显示信号异常。

被诊断为DECAMP的2例，其早期MK值升高，而各病灶的早期FA值降低，苍白球的MD值升高。该研究认为MK值的变化可能与病变的预后有关。早期病变中MK值的异常增加可能表征预后不良。

4.DTI在DEACMP治疗效果评估中的应用

迄今为止，迟发性脑病没有确定有效的治疗方法，且患者预后各不相同。DTI对脑组织微结构成像显示，能预测或诊断DEACMP的病理生理机制，可以帮助客观分析预后及进行治疗效果评估，具有非常重要的临床价值。

Ryu等通过DTI定量分析证实给予患者大剂量泼尼松龙和抗胆碱酯酶抑制剂后，治疗效果显著。患者接受了大剂量泼尼松龙和胆碱酯酶抑制剂治疗，并在治疗前后进行一系列神经认知功能测试和DTI的定量分析，神经认知功能测试结果与治疗后DTI定量分析结果一致，左额叶、颞叶、顶叶的FA值呈正性变化率。这些结果表明，随着负责语言功能的大脑区域白质病变的改善，临床症状有所改善。

另一方面，右侧颞顶叶的FA值呈现负变化率，患者时空能力的改善不及言语能力。尤其是双侧基底神经节FA值的负变化率最大，基底神经节最容易缺氧，已知是CO中毒后坏死的部位。该研究使用大剂量泼尼松龙和胆碱酯酶抑制剂治疗，通过一系列神经认知功能测试和DTI定量分析解释了治疗前后临床症状的变化，证实这两种治疗效果评估工具的结果彼此一致且具有有效性。

Wu等对33位确诊患者进行一系列高压氧治疗，同时服用辅助药物，治疗后受试者表现出明显症状改善，简易精神状态检查（MMSE）评分显著提高。基于DTI研究CO中毒后迟发性脑病患者治疗后的脑组织微观结构变化，结果显示DEACMP成年患者高压氧治疗后两个侧脑室和内囊前后肢的ADC和FA值的变化差异不显著，而脑室和内囊前后肢白质的FA值均高于治疗前，而ADC值则显著低于治疗前。这一研究发现为临床治疗效果的评估提供了重要的监测指标。

5.总结与展望

DEACMP以大量的白质脱髓鞘及双侧对称性苍白球软化病变为主要特征，起病突然、难治愈且预后不良。预测CO中毒患者是出现急性症状的完全缓解，还是会发展为DEACMP，这是一个非常重要的临床问题。对DEACMP脑损伤严重程度评价及治疗效果和预后评估也有非常重要的价值。DTI和DKI能无创、定量评估白质纤维的完整性并反映脑组织的微小结构变化，也能构建白质网络，反映脑结构网络连接，还能量化灰质损伤情况，在DEACMP研究中已获得很多重要成果。

目前基于DTI和DKI对DEACMP的研究主要为脑损伤程度判定、早期预测及预后和治疗效果评估，已取得重要的临床意义。但是对DEACMP的早期预测研究仍不足，距离临床应用还有一定差距，今后结合深度学习等人工智能方法可能帮助推进DEACMP早期预测的发展及临床应用。

来源：张馨,王文岚,李娅,暴军香.DTI及DKI在急性一氧化碳中毒后迟发性脑病中的研究进展[J].临床放射学杂志,2022,41(07):1384-1387.

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