阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征患者顱腦磁共振成像研究進(jìn)展

薛祺 ，郭蘭田 *，章晶月

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAHS)是患者睡眠過程中出現(xiàn)上呼吸道狹窄或呼吸肌無力而引起的一種睡眠性疾病，主要特征為呼吸暫停和低通氣反復(fù)發(fā)作[1]。OSAHS患者出現(xiàn)的慢性間歇性缺氧[2]以及高碳酸血癥導(dǎo)致動脈血壓發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化，并發(fā)多種腦血管疾病[3]和記憶減退[4]。OSAHS患者存在腦神經(jīng)元的損傷[5]、海馬的萎縮以及髓鞘的脫失[6]。有病理研究結(jié)果顯示OSAHS大鼠的海馬出現(xiàn)神經(jīng)元的數(shù)量變少、體積減小和排列紊亂等缺血缺氧相關(guān)的腦損傷[7]。磁共振常規(guī)序列在評估OSAHS患者腦組織損傷方面受到極大的限制，筆者主要就基于體素形態(tài)測量學(xué)(based on voxel morphometry，VBM)、擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)、磁化轉(zhuǎn)移成像(magnetic transfer imaging，MTI)、三維動脈自旋標(biāo)記成像(three-dimensional arterial spin labeling，3D-ASL)、靜息態(tài)-功能磁共振成像(resting state-functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)和磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy imaging，MRS)等多種磁共振序列在OSAHS患者腦損傷方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為指導(dǎo)臨床進(jìn)一步診斷和治療提供科學(xué)的依據(jù)。

1 VBM

VBM是一種在體素水平上分析活體組織形態(tài)的測量方法，通過局部組織的體積的變化來評價(jià)其形態(tài)的改變。VBM的主要優(yōu)勢在于它可以對腦組織體積與密度差異進(jìn)行全面、客觀的評價(jià)，而沒有主觀上的偏倚[8]。

有研究發(fā)現(xiàn)OSAHS患者存在與體質(zhì)指數(shù)[9]、蒙特利爾認(rèn)知評估分?jǐn)?shù)、睡眠結(jié)構(gòu)和動脈血氧飽和度[10]等指標(biāo)變化有關(guān)的局部腦灰質(zhì)的萎縮[11-12]。海馬作為腦內(nèi)參與認(rèn)知活動的主要結(jié)構(gòu)在OSAHS患者中存在性別的差異[13]。Musso等[14]還發(fā)現(xiàn)OSAHS患兒的局部腦白質(zhì)也出現(xiàn)一定程度的萎縮。Baril等[15]研究結(jié)果顯示OSAHS患者存在與慢性缺氧以及碎片化睡眠相關(guān)的腦灰質(zhì)體積的異常，表明患者存在腦組織的損傷和適應(yīng)性改變。Lin等[16]利用VBM算法研究OSAHS患者治療前、后的前扣帶回灰質(zhì)體積變化，結(jié)果顯示該區(qū)灰質(zhì)萎縮情況一直存在，表明部分患者腦損傷不能逆轉(zhuǎn)。VBM不僅能顯示OSAHS患者早期的腦實(shí)質(zhì)體積變化，還可以一定程度上反映認(rèn)知功能及其他臨床指標(biāo)的變化，具有一定的臨床診斷價(jià)值。

2 擴(kuò)散成像

2.1 DTI

DTI是一種評價(jià)大腦白質(zhì)纖維束改變的新型無創(chuàng)成像的技術(shù)，可以顯示常規(guī)磁共振序列不能發(fā)現(xiàn)的腦組織損傷。DTI通過檢測腦組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動顯示神經(jīng)纖維束形態(tài)改變，從而定量評估腦白質(zhì)完整性變化情況[17]。

Lee等[18]認(rèn)為OSAHS患者局部腦區(qū)的DTI相關(guān)參數(shù)改變以及偽彩圖上部分纖維束形態(tài)改變，代表患者存在局部腦損傷。有研究顯示OSAHS患者胼胝體前亞區(qū)出現(xiàn)徑向擴(kuò)散率、平均擴(kuò)散系數(shù)的升高、各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)的減低[19]以及右額葉鉤束FA值的減低[20]，研究還證實(shí)了患者存在的認(rèn)知功能減退與胼胝體前亞區(qū)[19]、右額葉鉤束[20]結(jié)構(gòu)改變有關(guān)，表明DTI相關(guān)指標(biāo)改變可以提示患者的認(rèn)知狀況。還有研究顯示患者病情的嚴(yán)重程度和白細(xì)胞的凋亡水平[21]、精神運(yùn)動警覺任務(wù)和Epworth嗜睡量表得分[22]以及與壓力反射敏感度[23]也與腦組織微結(jié)構(gòu)變化相關(guān)的腦損傷過程有關(guān)。Macey等[24]發(fā)現(xiàn)女性O(shè)SAHS患者的白天嗜睡、焦慮和抑郁等臨床癥狀以及腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)完整性損傷等方面較男性患者更明顯。Maresky等[25]利用DTI定量評估OSAHS患者的治療效果，局部腦區(qū)的部分指標(biāo)較治療前恢復(fù)，表明患者出現(xiàn)的部分腦白質(zhì)損傷是可逆的，而DTI可以評估這種損傷以及疾病進(jìn)展情況。DTI的腦白質(zhì)纖維束評估可以比較形象地評價(jià)腦白質(zhì)的變化，隨著技術(shù)與參數(shù)的不斷完善，DTI在臨床應(yīng)用與研究上有很好的發(fā)展前景。

2.2 DKI

活體組織復(fù)雜的細(xì)微結(jié)構(gòu)使得水分子在高度異構(gòu)的環(huán)境中運(yùn)動偏離正態(tài)分布[26]，DKI作為DTI的擴(kuò)展，在評估腦損傷方面比DTI更加敏感，可以通過評估這種水分子的非正態(tài)分布而反映腦實(shí)質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的變化[27]。峰度各向異性對腦組織的微觀結(jié)構(gòu)變化非常敏感，主要衡量局部腦組織微結(jié)構(gòu)各方向的總體變化[28]?；铙w組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的平均峰值(mean kurtosis，MK)變化越顯著，擴(kuò)散所受的限制越大，對腦組織早期損傷情況較敏感，但不能反映損傷的方向[29]。軸向峰度(axial kurtosis，AK)和徑向峰度(radial kurtosis，RK)可以分別反映軸突的軸向變化和髓鞘的徑向變化。DKI也存在不足，各參數(shù)圖像極易受磁場影響，但隨著場強(qiáng)的增高，技術(shù)的完善，可以很大程度地減少這種影響。

DKI在反映白質(zhì)及灰質(zhì)微結(jié)構(gòu)變化方面有很大的優(yōu)勢，Rostampour等[30]發(fā)現(xiàn)OSAHS患者部分腦區(qū)參數(shù)異常提示腦組織微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。OSAHS患者局部腦區(qū)存在AK、RK值[31]和MK值[32]增高，提示患者軸突與髓鞘微結(jié)構(gòu)改變參與的急性腦組織損傷。近年來，DKI已廣泛應(yīng)用于腦腫瘤、腦血管疾病以及其他中樞系統(tǒng)疾病中，而OSAHS腦損傷相關(guān)的DKI研究相對較少。DKI對腦組織微結(jié)構(gòu)改變的敏感性較高，對于常規(guī)序列難以發(fā)現(xiàn)的OSAHS患者腦損傷的研究價(jià)值較高。

3 MTI

基于非共振射頻脈沖，MTI可以降低正常組織的信號強(qiáng)度即組織抑制，提高磁共振圖像對比度[33]，通過測量施加脈沖前后的信號強(qiáng)度變化即磁化轉(zhuǎn)移比，檢測脈沖對磁共振成像信號的影響，評估腦實(shí)質(zhì)完整性的改變[34]。

MTI對OSAHS患者腦組織微結(jié)構(gòu)變化的敏感性較高，Tummala等[35]發(fā)現(xiàn)OSAHS患者多個(gè)腦區(qū)的磁化轉(zhuǎn)移值較對照組降低，表明患者存在腦組織微結(jié)構(gòu)的變化。MTI相關(guān)的OSAHS研究比較少見，有一定的臨床診斷價(jià)值和前景，值得臨床進(jìn)一步研究。

4 3D-ASL

OSAHS患者反復(fù)間歇性缺氧可導(dǎo)致局部腦血流(cerebral blood flow，CBF)發(fā)生變化，而3D-ASL作為一種無創(chuàng)的磁共振成像技術(shù)[36]，可以利用體內(nèi)磁性標(biāo)記的血液作為流動示蹤劑來定量評估這種腦血流變化[37]。但CBF功能圖顯示解剖能力較弱，必須將其與解剖圖融合才能對局部腦血流灌注情況進(jìn)行分析。

研究發(fā)現(xiàn)OSAHS患者局部腦白質(zhì)灌注減低與呼吸暫停低通氣指數(shù)(apnea hypopnea index，AHI)和認(rèn)知功能[38]、白細(xì)胞凋亡水平[39]以及喚醒指數(shù)[40]有關(guān)，提示局部腦血流減低可能參與患者腦損傷的作用機(jī)制。Ponsaing等[41]發(fā)現(xiàn)OSAHS患者局部CBF隨著CO2改變而變化，而且這種變化與AHI呈反比，提示OSAHS患者大腦對CO2刺激的反應(yīng)較對照組減低。3D-ASL可以很好地反映OSAHS患者的腦損傷、血氧飽和度和認(rèn)知情況，評估疾病進(jìn)展及預(yù)后。

5 rs-fMRI

作為一種新型非侵入性功能磁共振成像技術(shù)，rs-fMRI通過檢測靜息狀態(tài)下腦內(nèi)血液中的氧合血紅蛋白(oxyhemoglobin，HbO2)水平來檢測局部神經(jīng)元的自發(fā)性活動變化[42]。

研究發(fā)現(xiàn)OSAHS患者杏仁核亞區(qū)[43]、海馬體、尾狀核[44]和島葉[45]與其他腦區(qū)之間存在默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)、顯著性網(wǎng)絡(luò)和中央執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的異常功能連接，而AHI增加、血氧飽和度減低以及認(rèn)知減退均與這種異常的功能連接有關(guān)[46-48]，以上研究均表明腦內(nèi)的異常功能連接參與患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷過程。Chen等[49]發(fā)現(xiàn)大腦的小世界屬性存在顯著變化，在某一稀疏度范圍內(nèi)與AHI顯著相關(guān)，表明OSAHS患者的腦損傷與大腦網(wǎng)絡(luò)小世界拓?fù)渥兓嘘P(guān)，而rs-fMRI可以通過相應(yīng)指標(biāo)很好地反映這種細(xì)微的損傷。低頻振蕩振幅和局部一致性主要用來反映局部神經(jīng)元活動特征，OSAHS患者包括雙側(cè)后扣帶回及左額下回在內(nèi)的部分腦區(qū)存在二者的改變，提示患者存在神經(jīng)元自發(fā)性活動減少相關(guān)的腦損傷以及代償性腦改變[50-51]，其中OSAHS患者存在的局部一致性減低提示患者神經(jīng)元受到一定的損傷[52]。Thiel等[53]發(fā)現(xiàn)OSAHS患者經(jīng)過持續(xù)正壓通氣后的腦血管反應(yīng)較前增加，表明患者部分神經(jīng)元的損傷可以逆轉(zhuǎn)。rs-fMRI可以從多個(gè)角度反映OSASH患者神經(jīng)元的活動情況，評價(jià)腦組織的損傷與轉(zhuǎn)歸，為臨床應(yīng)用與研究提供新的診斷思路。

6 MRS

MRS作為一種反映代謝物變化的非侵入性的成像方法，可以利用H原子在不同化合物中不同的共振頻率來分析活體組織化合物的成分與含量變化[54]，從而提高診斷的特異性。MRS也存在不足，單體素時(shí)易出現(xiàn)基線不穩(wěn)，多體素時(shí)較易受磁場不均勻性影響，但隨著影像技術(shù)的不斷完善，這些不足可以克服。MRS主要通過檢測出N-乙酰天門冬氨酸、肌酸、膽堿和谷氨酸鹽等多種代謝產(chǎn)物來反映局部腦組織的代謝情況[55]。

Kang等[56]發(fā)現(xiàn)OSAHS患者部分腦區(qū)的代謝指標(biāo)出現(xiàn)異常，例如島葉的代謝產(chǎn)物的變化，提示該區(qū)存在代謝相關(guān)的神經(jīng)元損傷的情況，患者海馬區(qū)代謝產(chǎn)物的變化與蒙特利爾認(rèn)知評估得分[57]和簡易智能精神狀態(tài)檢查量表評分[58]相關(guān)。以上研究可以證明患者出現(xiàn)的局部腦區(qū)代謝變化參與腦神經(jīng)元損傷，而認(rèn)知障礙與這種損傷有關(guān)，也說明MRS指標(biāo)的變化可以提示患者認(rèn)知狀況，具有很好的臨床診療價(jià)值。穆新暖等[59]發(fā)現(xiàn)正壓通氣治療后患者額葉的代謝指標(biāo)較治療前有所增高，提示患者腦代謝相關(guān)的腦組織損傷是可以恢復(fù)的，而MRS可以敏感地反映這種變化過程。

人工智能(artificial intelligence，AI)在中樞系統(tǒng)疾病方面的研究已有很好的進(jìn)展，它可以從穩(wěn)定的輕度認(rèn)知障礙患者中辨別進(jìn)行性輕度認(rèn)知障礙。AI作為新的計(jì)算機(jī)輔助工具與磁共振技術(shù)相結(jié)合，利用其在圖像診斷的優(yōu)勢，可以更加準(zhǔn)確地評估患者腦組織損傷情況，減少偏倚，提高疾病診斷效率和數(shù)據(jù)的可信性，指導(dǎo)臨床進(jìn)一步干預(yù)，減少不良后果的發(fā)生。

OSAHS患者腦組織損傷是一個(gè)長期、漸進(jìn)的發(fā)展過程，早期發(fā)現(xiàn)并對其進(jìn)行干預(yù)對患者的預(yù)后至關(guān)重要，而多模態(tài)磁成像能夠全面地反映OSAHS患者早期難以發(fā)現(xiàn)的腦損傷。AI聯(lián)合多模態(tài)成像模式在OSAHS患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的研究中有很好的發(fā)展前景，這種模式不斷完善、發(fā)展，必將成為大勢所趨。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。