患者在一氧化碳中毒後通常會出現神經心理學後遺症。在一項隨機試驗中，46％常壓氧治療的中毒患者在中毒後6周出現認知後遺症，17％和45％患有情感後遺症。其他後遺症包括步態和運動障礙，周圍神經病變，聽力喪失和前庭異常，以及痴呆和精神病，這些症狀可以是永久性的。大腦的磁共振成像可能揭示一氧化碳中毒後的異常發現。在一項關於一氧化碳中毒患者的前瞻性研究中，腦MRI顯示T2加權高訊號的數量增加。雖然影像學異常的普遍性尚不清楚，但有研究顯示一氧化碳中毒患者中毒24年後存在基底神經節損傷和海馬及其他結構的萎縮。在一個佇列研究中，中毒後大約6年，19％的患者有認知問題，37％神經系統評估異常。沒有一氧化碳中毒史的病人的神經影像學發現的異常可與一氧化碳中毒後影像異常相一致-如海馬萎縮或白質高訊號，與早期認知能力下降的風險增加有關。目前尚不清楚一氧化碳中毒患者是否也會增加早期認知能力下降或阿爾茨海默病的風險。
一氧化碳中毒患者出院後應進行醫療隨訪。中毒後恢復的程度和速度是可變的。後遺症的發生往往會使恢復過程複雜化，後遺症會持續存在，或在中毒數週後發展，而且可能是永久性的。一氧化碳中毒後的後遺症沒有專門的治療方法。儘管缺乏有關一氧化碳相關後遺症患者干預效果的資料，但臨床經驗表明，後遺症患者應通過認知、精神、職業、言語和身體康復來治療其症狀。
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