1.5T MRI評估肺動脈高壓患者右心功能及肺動脈血液動力學(xué)

韓艷 楊振文 于鐵鏈 于靜 薛米娜 張璋 李東

肺動脈高壓（pulmonary hypertension, PH）是一種血液動力學(xué)和病理生理學(xué)狀態(tài)，可見于多種臨床疾病中，其特征是肺血管的增殖和重構(gòu)[1]，使肺血管床阻力增加、肺動脈壓力升高，進(jìn)而右心室重構(gòu)、功能下降，最終導(dǎo)致進(jìn)行性右心功能衰竭而死亡[2,3]。因而準(zhǔn)確、無創(chuàng)地監(jiān)測患者右心功能及肺動脈血液動力學(xué)改變對于了解PH患者病情進(jìn)展程度、判斷預(yù)后和指導(dǎo)治療都具有重要意義。

目前，心臟MRI（cardiac magnetic resonance imaging,CMRI）已成為無創(chuàng)性評價右心室結(jié)構(gòu)及功能的理想方法，該法受右心室形態(tài)不規(guī)則的影響較小，準(zhǔn)確性高，可重復(fù)性強(qiáng)[4,5]。本研究旨在運(yùn)用CMRI技術(shù)，比較國人PH患者與健康志愿者之間在右心功能和肺動脈主干血液動力學(xué)參數(shù)上存在的差異，為進(jìn)一步探究CMRI在PH中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 成像設(shè)備 GE 1.5T Twin-speed Infinity with Excite II超導(dǎo)型磁共振掃描儀，8通道心臟相控陣線圈，呼吸門控及心電門控。

1.2 研究對象 按照2009歐洲心臟病學(xué)會肺動脈高壓診斷和治療指南的標(biāo)準(zhǔn)[1]，2008年1月至2012年3月期間，在我院經(jīng)右心導(dǎo)管確診的PH患者（靜息狀態(tài)下肺動脈平均壓≥25 mmHg，1 mmHg=0.133 kPa）共25例，男性6例，女性19例，年齡（38.0±10.5）歲，心率（78.0±9.2）次；其中5例近期診斷為PH，未接受藥物治療，20例接受正規(guī)治療，治療時間為6個月-47個月。本組25例患者中慢性血栓栓塞性肺動脈高壓（chronic thromboembolic pulmonary hypertension, CTEPH）5例，動脈型肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension, PAH）20例，均排除冠心病、心臟瓣膜病、慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease, COPD）等其它心肺疾病。健康志愿者30例，男性7例，女性23例，年齡（36.0±8.9）歲，心率（72.4±7.1）次，年齡、性別與PH組相匹配，心率、血壓均在正常范圍，無心、肺疾病史。所有受試者同意參加本研究并簽署知情同意書。

1.3 檢查序列及成像參數(shù) 采用二維快速穩(wěn)態(tài)進(jìn)動采集序列（fast imaging employing steady-state acquisition, FIESTA）獲得左、右心室二腔心、四腔心及短軸位電影CMRI圖像。根據(jù)受試者心率不同，每層圖像采集期間需屏氣約9 s-13 s。FIESTA序列短軸位成像參數(shù)：TR/TE min full/min full，翻轉(zhuǎn)角45°，帶寬125 kHz，F(xiàn)OV 35 cm×35 cm，矩陣224×224，掃描層厚/間隔 8/0 mm，NEX 1，包括全部右心室需獲9層-13層圖像，每層掃描時相為20。

采用Fast Cine相位對比（phase-contrast, PC）序列進(jìn)行主肺動脈（main pulmonary artery, MPA）血流測量，回顧性心電門控觸發(fā)分段K空間采集成像，屏氣掃描。定位方法：在軸位圖像上，取平行于MPA走行方向，得到MPA長軸圖，在長軸圖肺動脈瓣上方1.5 cm-2 cm處取垂直于MPA長軸方向行單層多時相掃描，得到相應(yīng)的幅度圖（magnitude image）和相位圖（phase-map image）（圖1）。Fast Cine PC序列成像參數(shù)：TR/TE自動選擇最小重復(fù)時間/min full，翻轉(zhuǎn)角20°，帶寬31.25 kHz，F(xiàn)OV 35 cm×35 cm，矩陣256×256，NEX 1，掃描時相為30。流速編碼方向?yàn)镾LICE，速度編碼值為150 cm/s。全部檢查時間約30 min。

1.4 圖像分析 將所有數(shù)據(jù)傳至GE AW 4.3 MRI工作站，應(yīng)用Report Card軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

在短軸位FIESTA電影圖像中進(jìn)行右心室功能分析。舒張末期與收縮末期時相分別為心室達(dá)最大容積與最小容積的時相。手動描記收縮末期與舒張末期所有圖像的右心室心內(nèi)膜與心外膜輪廓（圖2）。右心室容積包括右心室流出道容積。乳頭肌和小梁作為心室腔的一部分，其質(zhì)量不包括在右心室質(zhì)量的計算內(nèi)。軟件自動計算出舒張末期容積（end-diastolic volume, EDV）、收縮末期容積（end-systolic volume, ESV）、搏出量（stroke volume,SV）、射血分?jǐn)?shù)（ejection fraction, EF）及心臟舒張末期心外膜容積。舒張末期心室肌質(zhì)量計算運(yùn)用以下公式：心肌質(zhì)量（myocardial mass, MM）=（心外膜容積-心內(nèi)膜容積）×1.05。EDV、ESV、SV及MM均除以體表面積（body surface area, BSA）后，即記為EDV指數(shù)、ESV指數(shù)、SV指數(shù)、MM指數(shù)，再作統(tǒng)計學(xué)分析。

血液動力學(xué)參數(shù)測量方法如下：在軸位幅度圖中，沿MPA血管輪廓內(nèi)緣手動描記，勾畫出感興趣區(qū)（region of interest, ROI），軟件自動在一個心動周期各個時相追蹤ROI，并將ROI位置復(fù)制到相應(yīng)相位圖，如生成的血管輪廓有偏離則手動調(diào)整。確定ROI后，軟件計算出MPA在一個心動周期的正向峰值流速、最大截面積和最小截面積，MPA順應(yīng)性（distensibility）= [（最大截面積-最小截面積)/最小截面積]×100。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，計量資料以Mean±SD表示。對測得的PH患者與健康志愿者各指標(biāo)采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行差異分析。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

55例受試者均順利完成CMRI檢查。全部圖像清晰，無偽影。PH組與健康對照組相比，右心室EDV、ESV及MM指數(shù)均明顯高于后者（P＜0.01），EF明顯低于后者（P＜0.01），PH組SV指數(shù)與對照組無明顯差異（P＞0.05），PH組MPA峰值流速及順應(yīng)性均明顯低于對照組（P＜0.01），詳見表1。

圖 1 MPA的PC-MRI血流測量。在軸位圖像上取平行于MPA走行方向（A）掃描得到MPA長軸圖（B），在長軸圖肺動脈瓣上方1.5 cm-2 cm處取垂直于MPA長軸方向掃描，得到相應(yīng)的幅度圖（C）和相位圖（D）。MPA（箭）血流方向與流速編碼方向一致，顯示為亮信號。Fig 1 Flow measurement in MPA by PC-MRI. The longaxis image of MPA (B) was prescribed parallel to the MPA long-axis in the axial image (A). An image plane was positioned perpendicular to the long-axis image of MPA, 1.5 cm-2 cm above the level of the pulmonary valve, resulting in magnitude (C) and phase-map images(D). Flow direction in MPA was the same with the velocity encoding direction, flow in MPA (arrow) was displayed as white.

圖 2 FIESTA序列心臟短軸位圖。A為心室收縮末期；B為心室舒張末期。圖中顯示出描記右心室心內(nèi)膜和心外膜輪廓的方法。Fig 2 FIESTA short-axis images covering right and left ventricles. A: RV end-systolic phase; B: RV enddiastolic phase. The images showed RV endocardial and epicardial contours.

3 討論

PH是肺動脈壓力持續(xù)高于正常的病理狀態(tài)，可見于多種臨床疾病狀態(tài)中，近年來發(fā)病率呈上升趨勢。根據(jù)2009歐洲心臟病學(xué)會發(fā)布的指南，可將PH分為6組臨床類型，每組類型具有不同的病理學(xué)、病理生物學(xué)、遺傳學(xué)、流行病學(xué)和致病危險因素等方面的特征，每一組類型又見于多種臨床疾病。目前缺乏可比較的流行病學(xué)數(shù)據(jù)[1]。文獻(xiàn)報道PAH（第1組）發(fā)病率在歐洲大約為（15-50）人/百萬人[1,6]，左心疾病所致的PH（第2組）幾乎見于所有伴明顯癥狀的二尖瓣疾病患者[1,7]，肺疾病所致的PH（第3組）在進(jìn)展性COPD患者中的發(fā)病率可大于50%，CTEPH（第4組）可見于0.5%-2%曾患急性肺栓塞的患者，其它兩組（肺靜脈閉塞性疾病和/或肺毛細(xì)血管瘤病、原因不明和多種機(jī)制所致的PH）流行病學(xué)數(shù)據(jù)缺乏[1]。本組PH病例包括了PAH和CTEPH兩組類型。PH診斷標(biāo)準(zhǔn)為靜息狀態(tài)下經(jīng)右心導(dǎo)管測量的肺動脈平均壓≥25 mmHg[1]。PH患者右心后負(fù)荷增加，右心室輸出量逐漸下降、右心房壓力逐漸升高造成進(jìn)行性右心功能衰竭，多數(shù)患者預(yù)后差。因此，準(zhǔn)確、無創(chuàng)評估和監(jiān)測PH患者右心功能受損程度，對研究和制定有效的治療措施、提高生存質(zhì)量和改善預(yù)后都尤為重要。

表 1 PH組與對照組右心功能及MPA血液動力學(xué)參數(shù)比較（Mean±SD）Tab 1 Comparison of RV function and MPA hemodynamic parameters between PH and control group (Mean±SD)

超聲心動是臨床篩查PH最常用的檢查方法，但該法受檢查者的經(jīng)驗(yàn)、受試部位（胸骨位置或嚴(yán)重的肺氣腫）聲窗限制的影響較大。由于右心室形態(tài)不規(guī)則，加上肌小梁的影響，超聲心動模擬柱形測量右心室容積等數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確。右心導(dǎo)管法是確診PH的金標(biāo)準(zhǔn)，但此方法是有創(chuàng)檢查，并且存在電離輻射、受三尖瓣反流影響誤差較大等缺點(diǎn)。因而以上兩種方法不是評估和隨訪監(jiān)測PH患者右心功能的理想方法。隨著平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動（balanced steady-state free precession, bSSFP）序列的出現(xiàn)和完善，CMRI解決了舒張期圖像中血流邊界不易分辨的問題，運(yùn)動偽影少，且能獲得更高的信噪比；與此同時，硬件的發(fā)展使CMRI圖像的采集時間明顯縮短，受試者所需屏氣時間亦隨之縮短，這使得CMRI能被更廣泛地應(yīng)用于臨床及實(shí)驗(yàn)研究。如今，CMRI已被認(rèn)為是評價右心室結(jié)構(gòu)及功能的理想工具，除了可以準(zhǔn)確測量右心室容積、SV、EF、MM等參數(shù)外，還能提供大血管的解剖結(jié)構(gòu)、血流方向、流速及流量等信息[8,9]。

本組PH患者右心室EDV指數(shù)與ESV指數(shù)較正常者增大，代表右心室的擴(kuò)張；患者右心EF降低說明心室收縮功能受損；MM指數(shù)明顯增加提示患者心室肌代償性肥厚。上述結(jié)果與近期國外一些研究結(jié)果[10,11]相近。對于PH患者，肺動脈阻力增加使右心室壓力負(fù)荷增大，進(jìn)而右心室代償性肥大，右心室、心房擴(kuò)張及三尖瓣反流。上述情況如不加以正規(guī)、有效的干預(yù)治療，則右心室功能會因失代償而進(jìn)行性下降，并可發(fā)生右心衰竭甚至心源性猝死[12]。本研究中，PH組右心室SV指數(shù)與正常組無明顯差異，提示本組PH患者右心代償性肥大以及右心的擴(kuò)張尚可維持正常的搏出量。雖然PH直接影響右心室的形態(tài)及功能，但左心室功能也會發(fā)生變化。Gan等[13]認(rèn)為右心室形態(tài)與功能變化會通過室間隔影響左心室充盈，進(jìn)而降低左心室搏出量；Kuehne等[14]研究6例特發(fā)性肺動脈高壓患者發(fā)現(xiàn)，在疾病早期右心室功能無明顯降低時，左心室搏出量即有下降。PH患者左心功能變化的規(guī)律尚有待今后繼續(xù)探究。

肺動脈順應(yīng)性由動脈壁的主要組成成分-彈性纖維和膠原纖維決定。本研究中PH組MPA順應(yīng)性明顯低于正常組，與最近Kang等[15]研究結(jié)果相近，其原因可能是肺動脈壓力升高時血管壁受牽拉，可擴(kuò)張的膠原纖維減少，使管壁變僵硬，順應(yīng)性隨之降低。肺動脈順應(yīng)性對PH患者肺動脈壓力高低的反映及其對評估患者預(yù)后的價值，有待于進(jìn)一步研究。此外，本組PH患者M(jìn)PA峰值血流速度明顯低于健康志愿者，與Ley等[16]研究結(jié)果相近，反映出PH患者肺動脈內(nèi)血流阻力明顯高于正常狀態(tài)，使整個肺循環(huán)速度變慢，MPA峰值血流速度亦降低。Sanz等[17]對42例PAH患者進(jìn)行了CMRI檢查，結(jié)果顯示MPA峰值流速與肺動脈收縮壓、肺血管阻力指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，支持本研究的結(jié)論。此外，MPA管徑增粗也可能是導(dǎo)致自身血流速度下降的原因之一。

CMRI亦存在一些不足之處：操作較復(fù)雜，檢查時間相對較長，且需要患者很好地配合屏氣，因而不適用于病情較重的患者；有幽閉恐懼癥、體內(nèi)帶有磁性金屬植入物的患者不適用于本法。另外，多種原因引起的偽影有時會影響圖像質(zhì)量。

總之，CMRI能較準(zhǔn)確地為臨床提供PH患者右心功能及肺動脈血液動力學(xué)參數(shù)的信息，同時也將在探究PH發(fā)病機(jī)制、研究和制定有效的治療方案、隨訪療效和監(jiān)測疾病發(fā)展過程及轉(zhuǎn)歸中發(fā)揮重要的作用。