彌散峰度成像預測急性一氧化碳中毒遲發腦病

張艷利，王天紅，郭順林，雷軍強*，王帥文，南 江，王少彧，岳夢穎

(1.蘭州大學第一醫院放射科 甘肅省智能影像醫學工程研究中心 精準影像協同創新甘肅省國際科技合作基地，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州大學第一醫院神經內科，甘肅 蘭州 730000；3.西門子醫療系統有限公司磁共振事業部，上海 200000)

遲發性腦病(delayed encephalopathy， DE)是指急性一氧化碳中毒(acute carbon monoxide poisoning， ACOP)患者神志清醒后，經過2～40天(平均22天)的假愈期，突然發生以癡呆、精神癥狀和錐體外系癥狀為主的神經系統疾病[1-2]，常導致患者工作和日常生活能力下降[3]。及時發現有DE危險的中毒患者，對于提供有效治療以降低DE發生風險至關重要。腦白質脫髓鞘被認為是DE的主要病理學特征[1-3]。既往研究[4-5]多應用彌散張量成像(diffusion tensor imaging， DTI)評估DE白質損害，預測DE發生的相關研究較少。彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging， DKI)是DTI技術的延伸，可較DTI更敏感、準確地反映組織微觀結構變化[6]。本研究探討DKI預測DE的應用價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 前瞻性收集2016年11月—2019年2月就診于蘭州大學第一醫院的75例ACOP患者，男37例，女38例，年齡25～64歲，平均(47.4±9.7)歲。納入標準：①符合ACOP國家診斷標準(GB87-88)[7]；②急性中毒時間<7天。排除標準：①既往有腦炎、腦外傷、腫瘤、腦血管病、代謝性腦病、癲癇、精神疾病等病史；②其他氣體中毒；③嬰幼兒。隨訪3個月，根據是否發生DE分為DE組和非DE組。DE組22例，男13例，女9例，平均年齡(46.7±10.1)歲；非DE組53例，男24例，女29例，平均年齡(47.7±9.6)歲。

DE診斷標準[2]：①有明確ACOP病史；②有明確假愈期；③具有以癡呆、精神癥狀、肌張力增高和震顫麻痹為主的典型臨床表現；④隨訪顱腦MRI顯示半卵圓中心和側腦室旁白質繼發脫髓鞘病灶。本研究獲得蘭州大學第一醫院倫理委員會批準(編號：LDYYLL2018-114)，患者或家屬均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T超導型MR儀，標準32通道顱腦專用線圈，于患者急性中毒后7天內進行掃描。常規MR序列包括T1W、T2W、T2W-tirm及彌散加權成像(diffusion weight imaging, DWI)。DKI采用自旋回波序列進行掃描，參數：TR 7 000 ms，TE 100 ms，FOV 240 mm×240 mm，矩陣122×122，在30個方向施加彌散敏感梯度，b值取0、1 000、2 000 s/mm2。各序列采用統一定位線，層厚2.3 mm、層間距0.7 mm。

1.3 圖像處理 使用Functool軟件處理DKI原始數據，獲得平均峰度(mean kurtosis， MK)、軸向峰度(axial kurtosis， AK)和徑向峰度(radial kurtosis， RK)圖。于半卵圓中心、額葉、顳葉、枕葉、頂葉和胼胝體6個部位選擇9個ROI，均為直徑3 mm的圓形，在T1WI放置、保存，并在MK、AK及RK圖中打開。由2名神經放射主治醫師共同確定ROI放置層面(圖1)。除胼胝體外，其余部位ROI均于雙側對稱放置，系統自動計算平均值。

1.4 臨床評價 由2名神經內科醫師根據格拉斯哥昏迷量表(Glasgow coma scale， GCS)評分判斷意識狀態情況。用簡易智能精神狀態檢查量表(mini-mental state examination， MMSE)評估認知功能。

1.5 統計學分析 采用SPSS 22.0軟件分析軟件。計量資料以±s表示，采用兩獨立樣本t檢驗比較兩組間MK、AK和RK值的差異；對二分類變量采用χ2檢驗；以ROC曲線評價DKI參數值預測DE發生的效能。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料 DE組22例，DE發生時間為ACOP后9～41天，平均(21.45±10.02)天。患者臨床基本資料見表1。

2.2 不同ROI的MK、AK及RK值比較 與非DE組相比，DE組各ROI的MK、AK及RK值呈升高趨勢(圖2)。DE組半卵圓中心前部MK值明顯高于非DE組(P<0.05)。DE組半卵圓中心前部及后部、胼胝體膝部、額葉及頂葉AK值均明顯高于非DE組(P均<0.05)。見表2。

2.3 不同ROI的MK、AK及RK值預測DE效能比較 除胼胝體壓部及枕葉外，其余ROI的AK值的AUC均高于MK及RK值；比較各ROI的AK值診斷效能，半卵圓中心前部AUC最大(0.78，P<0.01)，95%CI(0.68，0.89)，以1.05為臨界值，診斷敏感度81.82%(18/22)，特異度60.38%(32/53)，陽性預測值46.15%(18/39)，陰性預測值88.89%(32/36)，準確度66.67%(50/75)。 見表3。

表1 患者資料

表2 不同ROI的MK、AK及RK值比較

圖1各部位ROI A.半卵圓中心前和后部； B.胼胝體膝、體和壓部； C.額葉和頂葉； D.顳葉；E.枕葉

圖2 DE組、非DE組各ROI參數值箱圖 A.MK； B.AK； C.RK (ACS：半卵圓中心前部；PCS：半卵圓中心后部；CCG：胼胝體膝部；CCB：胼胝體干部；CCS：胼胝體壓部；FL：額葉；PL：頂葉；TL：顳葉；OL：枕葉；*：P<0.05)

表3 不同ROI的MK、AK及RK值AUC(95%CI)

3 討論

文獻[1]報道，DE最常見白質受損區為半卵圓中心，其次為額葉、顳葉、枕葉、頂葉和胼胝體，本研究MRI隨訪DE患者結果與之相符。半卵圓中心前部及后部、胼胝體膝部、體部及壓部代表不同的功能解剖區[8]，故于半卵圓中心、額葉、顳葉、枕葉、頂葉和胼胝體6個部位選擇9個ROI進行DKI觀察。

DKI參數包括峰度參數和彌散參數，前者對復雜白質排列區(如皮層下白質、放射冠)異常更為敏感[9]，因此本研究選取3個峰度參數值(MK、RK和AK)觀察其對DE的預測價值。既往研究[6]表明，峰度參數值增高提示細胞微結構密度增加和復雜程度提升，如細胞毒性水腫或腫瘤細胞生長，而其降低提示髓鞘破壞或細胞丟失，如正常衰老和退行性疾病。MK是沿所有擴散梯度編碼方向的平均峰度值，但MK≠(AK+2RK)/3，其對軸向或徑向主擴散特征向量的敏感性及特異性均低[10]，更適用于檢出低各向異性或同向性腦區，如丘腦、皮層下白質和皮層病變[11]。AK和RK分別是水分子在平行和垂直于軸突方向上的非高斯性彌散偏倚度。軸突內神經微管和神經絲破壞造成彌散障礙物增多，主要導致AK值升高；組織縮水、細胞膜通透性減低、軸向堆積密度增加及細胞外空間減少主要引起RK值升高[9]。

本研究結果顯示，與非DE組相比，DE組各ROI的MK、AK和RK呈升高趨勢，提示DE急性期腦白質軸突內微結構復雜程度增加，水分子彌散偏離高斯分布程度加重。另外，2組間多個ROI的AK值差異比RK更明顯，提示2組在平行于軸突方向的非高斯性彌散偏倚度差異更大。既往采用DTI觀察DE患者腦白質損害的研究結果[5]顯示，白質水分子彌散受限主要與平行于神經纖維方向彌散受限有關，而非垂直方向，故認為在早期，細胞骨架破壞、軸突平行的方向上軸突腫脹導致擴散阻力增加、水分子彌散減低，本研究結果與其一致。以往急性缺血性腦卒中研究[12-13]結果顯示AK值比RK值具有更高的敏感性，而老齡化[14]、阿爾茲海默病[15]研究結果提示RK具有更高的敏感性。本研究結果與前者一致，推測可能是本組研究對象為ACOP后7天內患者，在此階段腦組織因缺氧導致血管壁內皮細胞損害、局部微栓子形成，存在繼發性缺血性損傷。

本研究DE組半卵圓中心、胼胝體膝部及額頂葉白質AK值明顯升高，推測以上部位白質纖維束損害與DE發生關系最密切。半卵圓中心有連接大腦皮層與腦干、脊髓的投射纖維，額頂葉白質為連接同側半球的弓狀纖維，胼胝體膝部則連接兩側額葉的前部，其同時受損則出現精神癥狀、智力下降、運動、失語及感覺障礙，可能是半卵圓中心、胼胝體膝部及額頂葉白質早期損傷預示將來DE發生及造成DE期患者出現不同臨床癥狀的功能解剖學基礎[8]。進一步通過AUC觀察3個參數值的診斷效能，發現半卵圓中心前部AK值升高對DE的預測效能最佳，診斷敏感度為81.82%，特異度為60.38%，可能是半卵圓中心前部有錐體束、錐體外系等重要投射纖維走行，且半卵圓中心前部主要連接額葉前部，其內包含較多功能區[8]。

本研究的不足：①難以獲得病理活檢結果，關于白質損害的病理生理改變討論均為推論；②手動測量ROI方法存在一定誤差，系列研究可使用基于體素分析方法進一步驗證DKI預測DE的應用價值。

綜上所述，ACOP腦白質區DKI峰度參數值升高與DE發生關系密切，以半卵圓中心前部AK值>1.05可預測DE發生。