心臟磁共振成像評價肺動脈高壓患者右心室功能的研究進(jìn)展

胡高頻，李旭楠(綜述)，姜東炬(審校)

(解放軍第210醫(yī)院心內(nèi)科，遼寧 大連 116021)

肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension,PAH)指由于各種原因引起的肺血管功能和(或)結(jié)構(gòu)改變，以肺血管阻力進(jìn)行性升高為特點，符合血流動力學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn)的一組臨床病理生理綜合征，伴進(jìn)行性右心室功能障礙，最終導(dǎo)致右心室衰竭，甚至死亡。右心室功能是PAH患者預(yù)后最重要的決定因素[1]。與右心室相關(guān)的血流動力學(xué)、結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)對PAH的評估以及預(yù)后判斷具有重要意義。要在臨床推廣應(yīng)用這些參數(shù)，就需要簡單、可重復(fù)性、準(zhǔn)確、易于操作、無創(chuàng)性的評價工具。該文就心臟磁共振成像(cardiac magnetic resonance,CMR)在PAH患者右心室結(jié)構(gòu)、功能等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 評價PAH患者右心室功能的重要性

影響PAH患者致殘率和致死率的重要決定因素是肺動脈壓力增加對右心室的影響。右心室功能失代償和衰竭是這些患者最常見死因[2]。有一些臨床研究證實，與右心室功能相關(guān)的血流動力學(xué)參數(shù)(包括平均肺動脈壓、右心房壓、心排血量、心指數(shù))是PAH死亡的最重要預(yù)測因子[3-5]。還有證據(jù)顯示，其他一些反映右心室功能的指標(biāo)在準(zhǔn)確評估PAH患者風(fēng)險時也很重要[6-7]。例如，在繼發(fā)于左心衰竭的PAH患者，肺動脈壓和右心室射血分?jǐn)?shù)是獨立的預(yù)測因子。然而，正常右心室射血分?jǐn)?shù)的PAH患者預(yù)后與正常肺動脈壓患者相似[8]。美國肺動脈高壓專家共識[9]和歐洲肺動脈高壓診斷及治療指南[10]都把反映右心室功能的指標(biāo)作為重要的危險分層依據(jù)，包括右心衰竭的證據(jù)、世界衛(wèi)生組織功能分級、右心房室增大、三尖瓣環(huán)收縮期偏移(tricuspid annular plane systolic excursion，TAPSE)、右心房壓、心指數(shù)和血腦鈉肽水平。

2 評價右心室功能的輔助檢查方法

評價右心室功能的輔助檢查方法包括有創(chuàng)診斷和無創(chuàng)診斷，最重要的有創(chuàng)診斷是右心導(dǎo)管檢查，無創(chuàng)診斷包括超聲心動圖、CMR等。右心導(dǎo)管檢查是確診PAH、評估血流動力學(xué)損傷嚴(yán)重程度及測試血管反應(yīng)性的標(biāo)準(zhǔn)方法，檢查時必須記錄的參數(shù)包含肺動脈壓力(收縮壓、舒張壓、平均動脈壓)、右心房壓、肺毛壓、右心室壓，但由于其有創(chuàng)性，一般不作為常規(guī)檢查手段。超聲心動圖是被廣泛應(yīng)用于PAH診斷的影像學(xué)技術(shù)，具備安全、價廉的優(yōu)點，在右心室評估方面獲得指南推薦[11]。超聲心動圖可以提供基于三尖瓣反流峰值速度估計的肺動脈壓力，也能量化評估心臟結(jié)構(gòu)。然而，由于右心室靠近胸骨，幾何形態(tài)復(fù)雜，其形態(tài)隨負(fù)荷狀態(tài)的不同而有顯著差異，導(dǎo)致超聲對右心室結(jié)構(gòu)和功能很難準(zhǔn)確評價。

CMR提供了評估右心室結(jié)構(gòu)和功能的獨特方法。CMR測定的參數(shù)與使用右心導(dǎo)管測得的血流動力學(xué)數(shù)據(jù)相關(guān)性極強(qiáng)，CMR還可以提供其他關(guān)于右心結(jié)構(gòu)和功能的信息，其中很多細(xì)節(jié)是其他方法所不能獲得的。CMR和其他方法相比有很多優(yōu)勢[12-14]。CMR是無創(chuàng)的，不需要電離輻射，還提供高分辨率的三維圖像，避免了超聲心動圖等其他方法需要幾何學(xué)的假設(shè)和運算。圖像從每一層面獲得，可以準(zhǔn)確測量體積。CMR還可以顯示軟組織，辨認(rèn)心臟結(jié)構(gòu)及功能的早期改變。與超聲心動圖比較，CMR高度清晰的影像避免了不同研究者得出差異很大的結(jié)論，還允許對于心室腔大小、室壁厚度、質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確和可重復(fù)性測量。CMR既可以評估右心解剖學(xué)特征，也可以用于評估功能學(xué)參數(shù)(例如通過測量血流速度獲得每搏量、心排血量)。流量評估是CMR優(yōu)于超聲心動圖，因為它可以在任何方向和層面上推導(dǎo)出流量，而準(zhǔn)確的超聲心動圖流量評估需要血流平行于聲束[15]。

3 CMR的臨床應(yīng)用

常規(guī)CMR檢查時，心室容量通常是用短軸圖像測量。心臟長軸定位后，應(yīng)用屏息、心電門控“亮”血流電影序列，獲得連續(xù)的短軸薄層層面(5～10 mm)，然后產(chǎn)生一“疊”圖像層面。人工或應(yīng)用半自動軟件勾畫出心內(nèi)膜和心外膜輪廓，通過每個層面心室容積計算出總的心室容量。心室肌質(zhì)量是通過心肌體積乘以心肌組織密度(1.05 g/cm3)獲得的[16]。

速度編碼的CMR基本原理是通過梯度場極性的改變，流動自旋質(zhì)子可獲得與靜止的自旋質(zhì)子不同的相位。相位對比圖像中每個像素都含有與流動質(zhì)子的方向有關(guān)的信息，這些信息可被流動分析軟件采集、處理并顯示，獲得流動組織的速度和流量的信息。速度編碼的CMR可以評估速度和容量。血流速度乘以選定的管腔橫截面積，可以計算出血流量。這種方法可以用來計算舒張末容積和收縮末容積、每搏量、心排血量(每搏量×心率)和射血分?jǐn)?shù)。實際上，右心室每搏量是PAH患者關(guān)鍵性的預(yù)后預(yù)測因子。在肺動脈阻力和肺動脈壓增加的情況下，休息和運動情況下右心室每搏量正常意味著右心室很好地適應(yīng)了后負(fù)荷的增加，而每搏量降低與病死率增加呈強(qiáng)相關(guān)[7,17]。

電影動態(tài)磁共振成像是應(yīng)用梯度回波技術(shù)，根據(jù)右心室內(nèi)高信號流動血液與室壁形成的對比進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析。根據(jù)收縮期、舒張期各時相容量，可測定右心室功能變化。電影動態(tài)CMR電影動態(tài)磁共振成像可顯示室間隔在舒張期和收縮期如何變平和彎曲。作為右心室壓力增高的結(jié)果，PAH患者室間隔的運動和形狀顯示出特征性改變[18]。

4 CMR評價PAH患者右心室功能的應(yīng)用

4.1右心室射血分?jǐn)?shù)及其替代方法 評價右心室收縮功能主要依據(jù)右心室射血分?jǐn)?shù)，右心室射血分?jǐn)?shù)是PAH患者重要的預(yù)后預(yù)測因子。右心室射血分?jǐn)?shù)=(右心室舒張末容積-右心室收縮末容積)/右心室舒張末容積。右心室射血分?jǐn)?shù)可使用速度編碼的CMR測得，也可以采用其他替代方法。例如，TAPSE可能用于估計右心室射血分?jǐn)?shù)，這一方法廣泛應(yīng)用于臨床。然而，TAPSE的不足處在于它是基于單個片段可以代替一個復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)的假說。Caudron等[19]以短軸電影序列測量的右心室射血分?jǐn)?shù)作為參考值，評估了CMR 3種半定量方法(TAPSE、右心室縮短分?jǐn)?shù)、右心室面積變化分?jǐn)?shù))對后天性心臟病患者右心室收縮功能的診斷準(zhǔn)確性與變異性，表明右心室面積變化分?jǐn)?shù)法比右心室縮短分?jǐn)?shù)法及TAPSE法具有更高的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。最近，Mauritz等[20]發(fā)現(xiàn)橫面的幾何改變對于監(jiān)測終末期右心室尤為重要。

4.2右心室收縮后等容期及左心室舒張末容積 另一個反映右心室功能失調(diào)的參數(shù)是右心室收縮后等容期延長。PAH時，肺動脈瓣關(guān)閉與三尖瓣開放之間的時間間隔延長。以往這段延長的時間間隔被解釋為右心室松弛時間延長，認(rèn)為是舒張功能障礙的表現(xiàn)之一，但該觀點受到質(zhì)疑，因為有研究表明，右心室在肺動脈瓣關(guān)閉之后仍繼續(xù)收縮，從而形成了收縮后的收縮期。Mauritz等[20]利用心肌標(biāo)記的CMR，研究了23例PAH和18例健康受試者右心室工作情況，結(jié)果顯示，在PAH時收縮后右心室等容期延長是因收縮后的另一個收縮期所致，而不是由舒張期延長引起。Gan等[21]發(fā)現(xiàn),CMR測得的收縮后等容期與心室質(zhì)量和肺動脈阻力呈正相關(guān)，提示收縮后等容期可能成為右心室功能失調(diào)的標(biāo)志。右心室收縮時間延長的一個結(jié)果，是在左心室舒張早期室間隔向左心室彎曲[22]。這可以解釋左心室舒張末容積成為PAH的一個預(yù)后預(yù)測因子的原因。左心室舒張末容積減少是PAH患者死亡的獨立預(yù)測因子，左心室舒張末容積進(jìn)一步減少與PAH患者病死率增高呈強(qiáng)相關(guān)[22]。

4.3右心室每搏量 許多CMR的研究表明，由于右心室擴(kuò)張，PAH患者右心室舒張終末期和收縮終末期容積顯著增加，右心室射血分?jǐn)?shù)顯著減少，右心室容積擴(kuò)大，每搏量、心排血量顯著減少[23-24]。在自發(fā)性PAH的患者，擴(kuò)大的右心室容積和減小的每搏量是死亡和治療失敗的強(qiáng)預(yù)測因子[7]?？梢允褂脧?fù)雜的容積測量法測量每搏量，然而速度編碼影像法更易于操作，值得推薦[25]。另外，速度編碼影像法提供了計算肺動脈擴(kuò)張和分流分?jǐn)?shù)的機(jī)會。分流分?jǐn)?shù)由主動脈和肺動脈流量決定[26-27]。后者在先天性心臟病合并PAH患者分流的監(jiān)控和定量方面有利[28]。每搏量作為PAH血流動力學(xué)參數(shù)的優(yōu)勢直接反映在負(fù)荷狀態(tài)下右心室的功能，而心排血量在低每搏量不能用心率的增加來彌補(bǔ)，使得每搏量成為比心排血量更敏感的測量手段。在最近的研究中，van Wolferen等[29]研究每搏量與6 min步行距離試驗的相關(guān)性顯示，在治療期間每搏量每<10 mL，就代表了顯著的臨床改變。

4.4右心室肥厚 右心室肥厚是PAH患者肺動脈后負(fù)荷增加的結(jié)果。與健康人比較，CMR發(fā)現(xiàn)PAH患者右心室顯著肥厚[30]。右心室質(zhì)量指數(shù)>59 g/m2是自發(fā)性PAH死亡的預(yù)測因子[7]。心室質(zhì)量指數(shù)為右心室質(zhì)量與左心室質(zhì)量的比率。Saba等[31]發(fā)現(xiàn)，與超聲測量比較，CMR測得的心室質(zhì)量指數(shù)與有創(chuàng)平均肺動脈壓有更好的相關(guān)性，可以作為PAH更好的預(yù)測工具，在研究中，心室質(zhì)量指數(shù)0.6對于PAH靈敏度為84%，特異度為71%，而超聲是89%和57%。然而，心室質(zhì)量指數(shù)作為診斷工具的應(yīng)用價值不被其他研究所支持，在一項大型研究中，Roeleveld等[18]發(fā)現(xiàn)心室質(zhì)量指數(shù)>0.6導(dǎo)致20%的假陰性率。右心室質(zhì)量的預(yù)后價值有限。推測右心室質(zhì)量增加的原因有兩種可能，其一是由于右心室擴(kuò)張，這時右心室質(zhì)量是預(yù)后不良的標(biāo)志；其二是向心性肥厚，這代表了右心室對于增加的后負(fù)荷的成功適應(yīng)。

5 存在的問題

CMR的應(yīng)用研究大多來自單中心，而且缺乏一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法。例如，右心室每搏量與PAH預(yù)后密切相關(guān)，每搏量的改變預(yù)示著治療效果的改變，準(zhǔn)確計算每搏量顯得非常重要。然而，在不同的研究中，右心室每搏量是用不同的方法計算而來的[7,32]。Mauritz等[25]以右心導(dǎo)管測得的每搏量作為標(biāo)準(zhǔn)，比較了3種方法(肺動脈血流、右心室容積、左心室容積)計算出的每搏量，只有由左心室容積與右心導(dǎo)管測得的每搏量顯示良好的相關(guān)性(R2=0.91，P<0.001)。CMR測定右心室每搏量應(yīng)該基于左心室容積。另外，CMR在動態(tài)測量上比不上超聲心動圖。與超聲心動圖相比，CMR還沒有得到廣泛應(yīng)用，而且費用更加昂貴。一些患者體內(nèi)的金屬物品(如起搏器、動脈瘤夾)等也限制了CMR的使用[12]。

6 展 望

目前對于PAH患者的右心室功能的評價越來越受到臨床的重視。而CMR在評價PAH患者右心室功能方面具有以下獨特的優(yōu)勢而備受關(guān)注：安全、無創(chuàng)、無放射性，對人體無害，對心功能無影響，可重復(fù)進(jìn)行；受操作者主觀因素的影響較??；分辨率高，三維成像；既可以評估右心解剖學(xué)特征，也可以用于評估功能學(xué)參數(shù)。今后應(yīng)該繼續(xù)整合應(yīng)用于CMR的各項技術(shù)和方法，建立統(tǒng)一而標(biāo)準(zhǔn)的操作流程和評價體系，同時應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)人員培訓(xùn)?？梢灶A(yù)計未來CMR單獨應(yīng)用或聯(lián)合超聲心動圖，必將成為評估PAH患者右心功能狀態(tài)及評價治療反應(yīng)的重要無創(chuàng)手段。

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