《临床麻醉学杂志》综述|医学成像技术在脓毒症相关性脑病诊断中的研究进展

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医学成像技术在脓毒症相关性脑病诊断中的研究进展

李浩甲1 廖宏森1 杜佳月1 陈宇辰2 徐晓敏2 斯妍娜1 鲍红光1 鞠学军3

1南京医科大学附属南京医院麻醉科

2南京医科大学附属南京医院影像科

3南京同仁医院麻醉科

通信作者：鲍红光

【摘要】脓毒症相关性脑病（SAE）是脓毒症常见的并发症之一，SAE患者常出现精神状态及意识水平改变。由于缺乏特异性的早期诊断方法，SAE患者远期认知功能障碍的发生率高达70%。近年来，多种医学成像技术为早期识别SAE提供了无创的诊断方法，有助于了解SAE的病理生理过程。本文针对SAE的脑电图、经颅多普勒超声、磁共振成像、近红外光成像、正电子发射计算机断层显像的影像学研究进展进行综述，为临床诊断SAE提出新思路。

【关键词】脓毒症相关性脑病；脑电图；经颅多普勒超声；磁共振成像

脓毒症是感染引起的全身炎症反应综合征，累及多个器官，脓毒症相关性脑病（sepsis associated encephalopathy, SAE）是脓毒症患者严重的中枢神经系统并发症，其临床表现多种多样，从记忆受损、注意力不集中到谵妄、昏迷。30%～70％患有脓毒症和全身炎症反应综合征的患者会发展为SAE[1]。由于SAE的临床表现无特异性，发病机制尚不明确，早期诊断相对困难，临床常采用ICU意识模糊评估表（confusion assessment method-intensive care unit, CAM-ICU）对SAE患者进行评估，但这种方法不适用于深度镇静的机械通气患者，也不能识别SAE早期的患者[2]。近年影像学技术的发展和应用为SAE早期诊断提供了新方法。

脓毒症相关性脑病研究现状

SAE是脓毒症引起的弥漫性脑功能障碍，其严重程度与脓毒症患者预后密切相关，SAE是脓毒症患者死亡的独立危险因素[3]。SAE是重症监护病房中最常见的脑病类型之一，主要临床表现为脑功能障碍，包括：记忆受损、注意力不集中、定向障碍、睡眠节律紊乱、精神活动迟钝，以及谵妄、昏迷等[4]。尽管这些症状是可逆的，但仍有超过50%脓毒症患者遗留长期认知功能障碍，表现为记忆、注意力、语言及执行能力受损。SAE的发病机制目前仍不明确，中枢神经炎症、血脑屏障破坏、脑灌注及微循环障碍、神经递质紊乱、神经信号传递异常、线粒体功能障碍及氧化应激损伤在SAE的发生发展中起到重要作用[5]。SAE病理学研究[6]表明，缺血性病变是最常见的形态学改变，其他病理改变还包括出血灶、微脓肿、多发性坏死、皮层星形胶质细胞和小胶质细胞增生等非特异性病变。

目前对于SAE的诊断仍缺乏特异性诊断工具，临床常用意识状态、血清生物标志物、脑电图及脑影像进行综合分析，评估脓毒症患者认知功能损伤。目前临床常用的精神状态评估量表中，里士满躁动镇静量表（Richmond agitation sedation scale, RASS）用于评估危重症SAE患者的意识状态水平及镇静程度；格拉斯哥昏迷指数（Glasgow coma scale, GCS）可用于评估患者昏迷程度，且GCS指数与SAE患者病死率相关；CAM-ICU可以快速判断患者是否处于谵妄状态，敏感性和特异性高，在临床较为常用。SAE的临床诊断缺乏特异性血清生物标志物，神经元特异性烯醇化酶（neuron-specific enolase, NSE）是神经元损伤的标志，但SAE患者血浆NSE水平与正常水平无明显差异。脓毒症患者早期血浆C型利钠肽（NT-pro CNP）的峰值浓度有助于预测SAE的出现[7]。脑电图及脑影像技术因其无创、可定位等优势对SAE的诊断有不可或缺的价值。磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）、经颅多普勒（transcranial doppler, TCD）超声、近红外光成像等技术具有无放射性、可重复性等优势，在临床检测中具有重要作用。

脓毒症相关性脑病的医学影像学诊断

脑电图

脑电图（electroencephalogram, EEG）是识别SAE最灵敏的技术之一。在SAE患儿中，EEG异常发生率为77.46%，主要表现为θ波增多和出现δ波[8]。神经系统检查正常的脓毒症患者，也会出现脑电图异常，表现为轻度弥漫性可逆性慢波[9]。EEG的变化与临床症状有较好的相关性，病情较轻的SAE患者脑电变化以θ波活动为主，严重患者可出现高波幅δ波、θ波或局限性慢活动。脑电频率的改变作为脑损害的预警指标较为敏感，脑电图振幅下降提示脑损伤更为严重[10]。Berisavac等[11]研究表明，SAE患者死亡前24 h最常见的EEG表现是δ波、三相波（TW波）和突发抑制模式（BSP）伴广泛性癫痫放电，且女性患者更易出现。但是，EEG检查对于SAE诊断也有局限性：EEG对SAE的诊断缺乏特异性，大多数患者表现出弥漫性慢波等非特异性结果，且EEG不能准确定位异常脑区[12-13]。

多普勒超声 

经颅双功能彩色多普勒超声（transcranial color-coded duplex sonography, TCCS）可以直观选择目标血管，测量颅内各主要血管的血流速度，观察脑血流变化。临床上常用于脑卒中患者的康复检查，以及急重症患者脑血流情况的床旁检查[14]。脓毒症和脓毒症休克患者脑血管自动调节功能受损，低灌注会导致脑组织供血供氧不足，造成认知功能损伤。

SAE的发病机制与脓毒症患者脑灌注不足相关，利用TCD诊断SAE的舒张末期血流速度界值为34.50 cm/s，敏感性为93.5%，特异性为58.3%，提示TCD有利于SAE的早期诊断[15]。TCD监测大脑中动脉平均血流速度（Vm）降低反映脑灌注不足；舒张末期血流速度越高，说明远端血管床阻力越低，脓毒症患者发生认知功能障碍风险越高[16]。Pierrakos等[17]研究表明，TCD是评估危重症、脓毒症患者脑灌注的有效方法。脓毒症患者第1天大脑中动脉搏动指数（pulsatility index, PI）>1.3可作为患者谵妄的危险因素之一。谵妄是SAE患者远期认知功能下降的独立预后因素之一[18]。在患儿脓毒症的研究中，阻力指数（resistive index, RI）升高与SAE的发生密切相关，脑血管阻力增高与死亡率增加相关[19]。

磁共振诊断 

功能磁共振（functional magnetic resonance imaging, fMRI）通过血氧依赖水平信号（blood oxygenation level dependent, BOLD）检测脑区血流氧含量改变，获得脑功能图像，是目前研究脑功能最常用的方法。刘蔷等[20]研究中SAE大鼠前扣带回皮质及右侧尾状核BOLD信号减低，表明脓毒症大鼠的抑郁样行为可能与这些脑区功能下降有关。Zhu等[21]研究表明，在脂多糖引起的SAE大鼠fMRI检查中，大鼠奖赏、动机和情绪调节网络内的功能连接发生异常。

fMRI也可以通过弥散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）和弥散张量成像（diffusion tensor imaging， DTI）技术检测到脑区的异常[22]。脑细胞水肿的患者，在DWI上表现为高信号。DTI技术可定量研究组织内水分子扩散速率和方向，若神经细胞受损，各向异性分数（fractional anisotropy, FA）值降低。Shindo等[23]研究表明，SAE患者的DWI成像显示海马和皮层区域组织间液增多，水弥散减弱，脑白质出现微出血灶，表明SAE患者脑白质出现血管源性水肿。

磁共振波谱技术（magnetic resonance spectroscopy, MRS）通过磁共振检查显示不同脑区代谢产物的浓度差异，监测脑组织的物质代谢情况。较为常用的代谢物指标为N-乙酰天门冬氨酸（N-acetyl, NAA）、肌酸（creatine, Cr）、胆碱（choline, Cho）、乳酸（lactic acid, Lac）等[24]。Towner等[25]和Wen等[26]研究表明，通过MRS观察，SAE大鼠海马区脑代谢NAA/Cho比值和Cr/Cho比值在12周内逐渐下降，氧自由基水平在1周内持续增加，这与组织病理学研究结果一致，表明MRS是一种研究脓毒症大鼠脑损伤的新方法，可用于脓毒症脑病早期诊断。

MRI的T1加权成像用于观察脑结构改变，对SAE诊断特异性不高，在临床上MRI检查多用于排除脑肿瘤、脑出血、脑内脓肿等疾病。随着影像学技术的发展，可以通过MRI检查发现更微小的病理改变。Ehler等[27]研究表明，脓毒症患者脑白质出现轴索损伤及缺血性改变，这与病理结果一致。通过MRI检查还可以观察颅内脑血流量的变化。Masse等[28]研究表明，通过磁共振灌注成像技术（perfusion weighted imaging, PWI）可观察到脓毒症患者12个脑区的脑血流量均明显高于健康人，使用升压药将脓毒症患者目标血压从65 mmHg提升至75 mmHg并不会明显改变脑血流量。白洁等[29]总结了SAE患儿脑MRI的表现：病灶多发且范围广泛，弥漫性分布于大脑皮层和大脑白质区，以皮层及皮层下为主，累及双侧至少2个以上脑叶，双侧深部灰质核团可见异常信号，常伴有局部脑沟加深、皮层肿胀等非特异性MRI改变。以上表现仅能作为SAE的辅助诊断，仍需排除其他中枢直接感染后才可明确诊断。

近红外光诊断 

近红外光谱（near-infrared spectroscopy, NIRS）技术根据不同脑区血流量和血红蛋白的差异，评估脑血氧水平和血流状况。NIRS对SAE的辅助诊断优势在于NIRS具有较高的时间分辨率，可以进行实时功能成像。但是NIRS空间分辨率不及fMRI，也不能探测到深部脑区[30]。Othman等[31]将NIRS技术与脑电图进行整合，用于研究脑血流动力学和电生理的关系。

NIRS技术在患儿脓毒症中的研究表明，局部脑氧饱和度（regional cerebral oxygen saturation, rScO2）值越高，GCS评分越高[32]。SAE患儿GCS评分越低，病情越重，越容易出现意识障碍，rScO2和静脉氧饱和度（ScvO2）与患儿预后密切相关。Rosenblatt等[33]研究表明，应用NIRS技术连续监测脓毒症患者脑氧饱和度，可用于目标导向血压管理，有助于改善患者预后。在老年患者中，脑氧饱和度结合每搏变异度（stroke volume variation, SVV）和血乳酸含量用于指导脓毒症患者的液体复苏，可以有效纠正组织低灌注，在复苏早期起到脑保护作用[34]。NIRS技术使用便捷，在脓毒症患者床旁监测以及指导治疗方面具有很好的应用前景。

正电子发射计算机断层显像 

正电子发射计算机断层显像（positron emission computed tomography, PET-CT）通过设计不同的分子探针进行功能成像，同时结合CT提供精确定位，发现患者异常脑区。与fMRI技术原理不同，PET-CT根据脑组织主要通过直接利用葡萄糖的供能特点，采用18氟标记的脱氧葡萄糖 （18F-FDG） 作为示踪剂，观察脑区代谢功能改变。Ｓｚöｌｌöｓｉ等[35]采用[99mTc]HMPAO、[125I]iomazenil和[125I]CLINME三种示踪剂观察脂多糖模型脓毒症小鼠脑组织灌注及神经损伤改变，在脓毒症小鼠海马和小脑中，[125I]CLINME和18F-FDG摄入增加，[99mTc]HMPAO摄入减少，这与脓毒症小鼠脑组织灌注不足，小胶质细胞激活和免疫细胞浸润密切相关。Fort等[36]研究表明，对于感染灶不明确的脓毒症患者，可以使用全身PET-CT扫描，准确定位感染部位，明确脓毒症的病因。PET-CT还可以发现ICU内金黄色葡萄球菌菌血症患者脓肿转移灶，指导临床用药治疗，有利于改善患者预后。

小结

脓毒症患者在重症监护病房中较为常见，合并认知功能障碍的患者病情更加危重，早期诊断对SAE患者的预后至关重要。新的医学成像技术可以协助分析SAE患者认知功能障碍的原因，也可以对疾病严重程度进行分级。功能磁共振和磁共振波谱分析有助于脓毒症相关性脑病早期诊断，脑电图、近红外光成像和经颅多普勒超声便于床旁实时监测，正电子发射计算机断层显像对于发现感染病灶具有优势，MRI和计算机断层扫描有助于排除脑肿瘤、脑出血等疾病。SAE影像学的研究为早诊早治，疗效评价，降低远期认知损害等方面提供更客观的指标。医学成像技术在脓毒症患者的早期诊断具有重要价值，也为探索SAE的病因提供了新思路。

参考文献略。

DOI:10.12089/jca.2022.11.016

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编辑：MiLu.米鹭

校对：Michel.米萱