慢性阻塞性肺疾病右心室功能影像方法研究進展

唐　翎　李春平*

慢性阻塞性肺疾病右心室功能影像方法研究進展

唐翎1李春平2*

右心室功能的準(zhǔn)確評估對慢性阻塞性肺疾?。–OPD）的臨床診斷及治療至關(guān)重要。鑒于右心室?guī)缀涡螤顝?fù)雜，傳統(tǒng)影像檢查方法對于其功能評價的準(zhǔn)確性受到制約。近年來隨著超聲心動圖組織多普勒成像(TDI)及應(yīng)變率成像（SRI）技術(shù)的臨床應(yīng)用，多層螺旋CT時間分辨率提高及對比劑注射方案的優(yōu)化，CMRI電影及相位對比技術(shù)的發(fā)展，放射性核素的各種新技術(shù)在心臟形態(tài)和功能評價中取得突破，使得影像技術(shù)客觀、準(zhǔn)確、定量地評估COPD病人右心室功能成為可能。

慢性阻塞性肺疾病;右心室功能;超聲心動圖；體層攝影術(shù)，X線計算機；磁共振成像

Int J Med Radiol，2016，39（5）：523-526

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）的發(fā)生和發(fā)展常伴隨病人右心室（right ventricular,RV）功能的變化，RV功能不全對COPD病人的臨床癥狀、治療方案、病情預(yù)后及死亡率存在負面影響[1-2]。因此，RV的功能評估對COPD病人具有重要的臨床意義。然而，鑒于RV幾何形態(tài)的復(fù)雜性和解剖位置的特殊性，以往各種評估RV功能的技術(shù)都存在不同程度的局限性。近年來隨著超聲心動圖（ultrasound cardiogram，UCG）、多層螺旋CT（multi-detectorcomputedtomography，MDCT）、心臟MR成像（cardiacmagneticresonanceimaging,CMRI）及放射性核素各種新技術(shù)的不斷發(fā)展，多年來被忽視的RV功能評價已逐漸成為影像研究的熱點。本文就上述影像方法在COPD病人RV功能評價方面的應(yīng)用進展予以綜述。

1　UCG

UCG可方便、快速且無創(chuàng)地對病人進行檢查，從而成為評估COPD病人RV功能的臨床一線成像方法。但由于RV復(fù)雜的幾何形狀以及窄聲窗限制，常導(dǎo)致常規(guī)UCG成像質(zhì)量不佳[3-4]。而近年來UCG新技術(shù)發(fā)展迅速，組織多普勒成像（tissue Doppler imaging，TDI），應(yīng)變率成像（strainrateimaging，SRI）技術(shù)及實時三維超聲心動圖（real-time three-dimensionalechocardiography，RT-3DE）等可克服RV形態(tài)結(jié)構(gòu)所帶來的限制，使準(zhǔn)確、量化評估RV功能成為可能。

1.1TDI TDI將高速低振幅的血流頻譜濾過，并保留低速高振幅的組織頻譜，可直接通過測量心肌運動速度對RV收縮和舒張功能進行定量評估[5-6]。TDI及其衍生的用于評估RV的主要參數(shù)包括：三尖瓣環(huán)狀收縮期位移（tricuspid annular plane systolic excursion,TAPSE）、三尖瓣環(huán)收縮期峰值速度、等容收縮期等容加速度、心肌性能指數(shù)（Tei指數(shù)）。

TAPSE用于RV功能評估于1984年由Kaul等[7]首次提出，隨后Kjaergaard等[8]的研究顯示TAPSE評估的RV收縮功能降低與右心功能衰竭病人的死亡率增加有關(guān)，TAPSE截止值為14 mm，可作為預(yù)測右心功能衰竭病人死亡率的一項有意義指標(biāo)。三尖瓣環(huán)狀收縮期峰值速度和等容收縮期等容加速度均是由TDI衍生而來用于評估RV收縮能力的功能指數(shù)，而后者被Tayyareci等視作可早期確定COPD病人亞臨床RV收縮功能障礙的可靠參數(shù)，如COPD病人RV心肌收縮速度的降低，則常提示其收縮功能受損[9-10]。而對于整體RV的功能分析，目前可用Tei指數(shù)來評價。Tei指數(shù)不受心率、負荷條件和三尖瓣關(guān)閉不全的影響，使其可作為COPD病人的獨立預(yù)后因素[3,11]。

1.2SRISRI用于顯示單位時間內(nèi)局部心肌的速度變化，可利用TDI數(shù)據(jù)通過計算速度梯度來估計。SRI在用于評估COPD病人RV功能時可在低質(zhì)量的二維影像上進行測量，并比傳統(tǒng)UCG參數(shù)更敏感；此外，與其他基于超聲的整體RV功能定量的方法相比，SRI可潛在地對RV的每個節(jié)段縱向收縮和舒張功能進行量化[12]。但SRI易受噪聲和幀頻因素的影響，且有角度依賴性，對心尖部的收縮功能評價尚具有爭議[12-13]。

1.3RT-3DE RT-3DE在計算RV容積和右心室射血分數(shù)（right ventricular ejection fractions,RVEF）方面有廣闊的應(yīng)用前景。利用RT-3DE評估COPD病人RV功能，其主要優(yōu)點是容積分析并不依賴于二維超聲心動圖中的幾何假設(shè)，并可直觀了解心臟各結(jié)構(gòu)與周圍大血管關(guān)系。有研究[14-15]證實RT-3DE所測的容積及功能參數(shù)與CMRI所測得的相應(yīng)指標(biāo)相關(guān)性良好。但RT-3DE仍受限于人體聲窗及病人呼吸運動，有可能會低估RV容量。此外，因右室流出道位置靠前和近場偽影遮蔽的影響，常導(dǎo)致右室流出道的三維數(shù)據(jù)很難獲得。

2　MDCT

單次屏氣MDCT掃描即可完成各向同性容積數(shù)據(jù)的采集。其中64層MDCT具有的亞秒球管旋轉(zhuǎn)時間和亞毫米Z軸分辨率，可大幅減少影像采集時間和噪聲，并提高影像時間分辨率，聯(lián)合運用心電門控技術(shù)和專業(yè)的心功能分析軟件，使CT在無創(chuàng)性評價心血管疾病方面得到了廣泛臨床應(yīng)用[16-17]。通過優(yōu)化對比劑注射方案，可使RV獲得良好的組織對比度，并能有效減少上腔靜脈的硬射偽影，從而實現(xiàn)對RV功能準(zhǔn)確評估[18]。Utsunomiya等[19]的研究中使用對比劑之后的對比劑-生理鹽水混合物雙相注射被視為RV功能分析的最佳對比劑注射方案。而后Gao等[17]使用64層MDCT多相雙流速對比劑-生理鹽水混合液注射技術(shù)為COPD和肺心病病人的RV功能和質(zhì)量做出了準(zhǔn)確分析。

MDCT所使用的螺旋掃描技術(shù)，可使圖像數(shù)據(jù)連續(xù)地在整個心動周期中獲得。因此，舒張末期和收縮末期圖像均可從相同的MDCT數(shù)據(jù)中進行重建得到，無須進行額外掃描。與其他成像技術(shù)相比，MDCT聯(lián)合心電門控技術(shù)可有效地提供RV整體功能的可靠評估[20]。Koch等[21]研究證實，由16層CT多平面重組測得的容積參數(shù)和右室每搏輸出量（right ventricularstroke volume,RVSV）與CMRI測量的參數(shù)值相關(guān)性較良好。此外，一些研究結(jié)果表明，通過心臟MDCT測得的RV質(zhì)量與由肺功能試驗（pulmonary function test,PFT）確定的COPD疾病的嚴重程度有關(guān)，并在重度COPD病人中平均RVEF比輕或中度COPD病人顯著降低[2]。

MDCT不僅可以運用多種定量或定性指標(biāo)評價COPD病人RV功能，同時還可提供額外的肺部信息。如肺氣腫百分比的增加會加大COPD病人合并肺動脈高壓或RV功能不全的可能性[22-23]。

盡管心臟MDCT可用于評估COPD病人RV容積、功能及心肌質(zhì)量，但它在常規(guī)臨床應(yīng)用中仍存在某些不足。由于COPD病人呼吸功能受損常致屏氣困難，部分MDCT影像上可出現(xiàn)階梯狀偽影，繼而影響RV功能評價的準(zhǔn)確性；另外MDCT需要對比劑以區(qū)分心腔，其時間分辨率仍劣于電子束CT和MRI[2,24]。Sugeng等[25]對評估RV容積和功能的多模態(tài)研究認為，MDCT比CMRI的時間分辨率低可導(dǎo)致右室舒張末期容積的高估，并繼發(fā)RVSV和RVEF的輕微低估。

3　CMRI

CMRI可直接顯示心臟的三維結(jié)構(gòu)，提供較高的空間分辨率和完整顯示心臟與其周圍縱隔結(jié)構(gòu)的解剖信息，并可準(zhǔn)確、重復(fù)且定量地分析RV的功能參數(shù)，因而被公認為目前RV功能評估的“金標(biāo)準(zhǔn)”[26-27]。目前應(yīng)用最為普遍的是CMRI電影和相位對比技術(shù)。

由于MR電影技術(shù)掃描時間不斷縮短和時間分辨率提高，CMRI能直接準(zhǔn)確地獲取收縮末期和舒張末期影像，無需影像重組即可獲得RV解剖和功能信息。MRI電影用于評估RV功能的主要序列為快速平衡穩(wěn)態(tài)進動序列（fastimaging employing steatly-state acquisition,FIESTA）和穩(wěn)態(tài)自由進動序列（steady-state free-precession，SSFP），可在長軸或短軸位上形成多幀影像的電影來涵蓋整個心動周期，從而實現(xiàn)RV從右室流入道到流出道的全面分析。

CMRI的新應(yīng)用和未來的發(fā)展主要在血流動力學(xué)測量方面。相位對比技術(shù)可通過平均血流速度乘以血管的橫截面積來估算血流量，評估心血管系統(tǒng)中的血流信息，并可與右心導(dǎo)管相結(jié)合，得到RV功能和肺血管完整的機械定量描述，如肺動脈容量、彈性指數(shù)、RVEF、右心室舒張末期容積（right ventricular end-diastolic volume，RVEDV）和Tei指數(shù)等參數(shù)都可實現(xiàn)同期監(jiān)測[28]。此外，CMRI數(shù)據(jù)還可以進一步被用來估計心臟壓力和肺血管阻力；而在COPD所致肺動脈高壓病人中，使用相位對比序列測得的肺動脈血流速度與肺動脈高壓的嚴重程度明顯相關(guān)[29-30]。Pattynama等[31]在17例中度COPD病人中用CMRI評估RV功能和心肌質(zhì)量，證實RV心肌肥厚可對COPD并發(fā)肺心病進行早期診斷。因此，CMRI評估的RV信息與COPD嚴重程度和預(yù)后密切相關(guān)，其評估RV的各項參數(shù)可能有助于更好地確定COPD病人RV血流動力學(xué)的變化，以及監(jiān)測和評估病人長期的治療效果。

與MDCT相比，CMRI無輻射、無需對比劑，在評價RV體積和心肌質(zhì)量方面準(zhǔn)確性更高。此外，CMRI長、短軸影像都是直接生成的，避免了重建誤差的產(chǎn)生；使用手動邊界跟蹤和半自動輪廓檢測相結(jié)合，可縮短后處理時間，并提高了測量準(zhǔn)確性[32]。然而，CMRI不能同期評價COPD病人肺實質(zhì)情況，并且由于CMRI檢查時間長而難以在呼吸困難或心臟衰竭的晚期心肺疾病病人中進行。

4　放射性核素成像

RV放射性核素成像是以計數(shù)為基礎(chǔ)的成像技術(shù)，不依賴于RV的幾何形狀假設(shè)，而是通過計算機放射性物質(zhì)的時間-放射性曲線進行定量分析，是公認的無創(chuàng)性測定心功能和心肌活性的檢查方法[33]。用于評估RV功能的放射性核素技術(shù)包括3種：首過核素心血管造影（first-pass radionuclide angiography，F(xiàn)PRNA），平衡放射性核素心血管造影（equilibriumradionuclide angiography，ERNA）以及門控血池單光子發(fā)射計算機體層攝影（gated blood-pool single photon emission computed tomography，GBPS）。

FPRNA在靜脈注射放射性藥物后，可立即動態(tài)采集放射性核素圖像，經(jīng)過計算機處理計算出RVEF，其優(yōu)點是不將右心房（right atrium,RA）中的顯影劑計算到RV內(nèi)，從而準(zhǔn)確地評估RVEF；但FPRNA圖像采集時間短，以及房性早搏或室性早搏等心律失常問題，會降低數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。ERNA是心電觸發(fā)的成像技術(shù)，可將右心循環(huán)分為多個階段并記錄RV內(nèi)顯影劑的變化，然而該技術(shù)在右心早、晚期顯像時RA和RV的顯影劑難以區(qū)分，因此評價RV功能存在一定的誤差。GBPS是一種測定雙心室射血分數(shù)和容積的簡易方法，它不需要用多次采集以及對背景活動的校正，即可量化RV功能，并且已有研究結(jié)果表明，GBPS計算的RV功能參數(shù)與MDCT所得結(jié)果具有良好的相關(guān)性[34]。

總之，隨著影像技術(shù)的不斷發(fā)展，RV功能可靠且無創(chuàng)的影像學(xué)評價日益受到臨床重視，但COPD病人RV功能的準(zhǔn)確評估仍然具有一定的挑戰(zhàn)性。多種影像檢查方法各有所長，合理選擇有效的檢查方法，獲得COPD病人RV功能的可靠參數(shù)，能更加準(zhǔn)確、客觀且全面地評估其RV功能，對COPD病人臨床診斷和治療具有重要意義。

[1]Gao Y,Qin J,DU XY,et al.Assessment of the right and left ventricular function in patients with cor pulmonale using high-definition CT[J]. Chinese Medical Journal,2013,126:3639-3644.

[2]Hur J,Kim TH,Kim SJ,et al.Assessment of the right ventricular function and mass using cardiac multi-detector computed tomography in patients with chronic obstructive pulmonary disease[J].Korean J Radiol,2007,8:15-21.

[3]Vitarelli A,Terzano C.Do we have two hearts?New insights in right ventricular function supported by myocardial imaging echocardiography[J].Heart Fail Rev,2010,15:39-61.

[4]Vitarelli A,Conde Y,Cimino E,et al.Assessment of right ventricular function by strain rate imaging in chronic obstructive pulmonary dis-ease[J].Eur Respir J,2006,27:268-275.

[5]Hilde JM,Skj?rten I,Gr?tta OJ,et al.Right ventricular dysfunction and remodeling in chronic obstructive pulmonary disease without pulmonary hypertension[J].JACC,2013,11:3-11.

[6]Kjaergaard J,Sogaard P,Hassager C.Quantitative echocardiographic analysis of the right ventricle in healthy individuals[J].J Am Soc Echocardiogr,2006,19:1365-1372.

[7]Kaul S,Tei C,Hopkins JM,et al.Assessment of right ventricular function using two-dimensional echocardiography[J].Am Heart J, 1984,107:526-531.

[8]Kjaergaard J,Akkan D,Iversen KK,et al.Right ventricular dysfunction as an independent predictor of short-and long-term mortality in patients with heart failure[J].Eur J Heart Failure,2007,9:610-616. [9]Ozben B,Tryuksel E,Tanrikulu AM,et al.Acute Exacerbation Impairs Right Ventricular Function in COPD Patients[J].Hellenic J Cardiol,2015,56:324-331.

[10]Tayyareci Y,Tayyareci G,Tastan CP.Early Diagnosis of right ventricular systolic dysfunction by tissue doppler-derived isovolumic myocardial acceleration in patients with chronic obstructive pulmonary disease[J].Echocardiography,2009,26:1026-1035.

[11]Tanaka Y,Hino M,Mizuno K.Evaluation of right ventricular function in patients with COPD[J].Respir Care,2013,58:816-823.

[12]宋愛萍,程蕾蕾.應(yīng)變和應(yīng)變率成像對慢性阻塞性肺病病人右室收縮功能的評價[J].臨床超聲醫(yī)學(xué)雜志,2011,13:530-532.

[13]俞霏,尹鳳英,陳立斌,等.超聲心動圖評估慢性阻塞性肺疾病病人的右心室收縮功能改變[J].中國超聲醫(yī)學(xué)雜志,2014,30:121-125.

[14]Tomoko M,Mitsushige M,Shigeo O,et al.Quantitative analysis of right ventricular function in patients with pulmonary hypertension using three-dimensional echocardiography and a two-dimensional summation method compared to magnetic resonance imaging[J].Am J Cardiol,2011,107:484-489.

[15]Grapsa J,Pavlopoulos H,Durighel G,et al.Right ventricular remodelling in pulmonary arterial hypertension with three-dimensional echocardiography:comparison with cardiac magnetic resonance imaging[J].Eur J Echocardiogr,2010,11:64-73.

[16]Rahaghi FN,van Beek EJR,Washko GR.Cardiopulmonary coupling in chronic obstructive pulmonary disease the role of imaging[J].J Thorac Imaging,2014,29:80-91.

[17]Gao Y,Du XY,Liang L,et al.Evaluation of right ventricular function by 64-row CT in patients with chronic obstructive pulmonary disease and cor pulmonale[J].Eur J Radiol,2012,81:345-353.

[18]Gopalan D.Right heart on multidetector CT[J].Br J Radiol,2011,84, 306-323.

[19]Utsunomiya D,Awai K,Sakamoto T,et al.Cardiac 16-MDCT for anatomic and functional analysis:assessment of a biphasic contrast injection protocol[J].AJR,2006,187:638-644.

[20]王之悅,祝因蘇,唐立鈞.多層螺旋CT在評估慢性阻塞性肺疾病相關(guān)肺動脈高壓中的應(yīng)用進展[J].國際醫(yī)學(xué)放射學(xué)雜志,2015, 38:35-38.

[21]Koch K,Oellig F,Oberholzer K,et al.Assessment of right ventricular function by 16-detector-row CT:comparison with magnetic resonance imaging[J].Eur Radiol,2005,15:312-318.

[22]Grau M,Barr GR,Lima JA,et al.Percent emphysema and right ventricular structure and function the multi-ethnic study of atherosclerosis-lung and multi-ethnic study of atherosclerosis-right ventricle studies[J].Chest,2013,144:136-144.

[23]Kawut SM,Poor HD,Parikh MA.“Cor pulmonale parvus”in chronic obstructive pulmonary disease(COPD)and emphysema.The Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis(MESA)COPD Study[J].J Am Coll Cardiol,2014,64:2000-2009.

[24]Grude M,Juergens KU,Wichter T,et al.Evaluation of global left ventricular myocardial function with electrocardiogram-gated multidetector computed tomography:comparison with magnetic resonance imaging[J].Invest Radiol,2003,38:653-661.

[25]Sugeng L,Mor-Avi V,Weinert L,et al.Multimodality comparison of quantitative volumetric analysis of the right ventricle[J].JACC Cardiovasc Imaging,2010,3:10-18.

[26]Beygui F,Furber A,Delepine S,et al.Routine breath-hold gradient echo MRI-derived right ventricular mass,volumes and function:accuracy,reproducibility and coherence study[J].Int J Cardiovasc Imaging, 2004,20:509-516.

[27]Bueehel EV,Kaiser T,Jackson C,et al.Normal right and left ventricular volumes and myocardial mass in children measured by steady state free precession cardiovascular magnetic resonance[J].J Cardiovasc Magn Reson,2009,11:16-19.

[28]Stevens GR,Garcia-Alvarez A,Sahni S,et al.RV dysfunction in pulmonary hypertension is independently related to pulmonary artery stiffness[J].JACC Cardiovasc Imaging,2012,5:378-387.

[29]Swift AJ,Rajaram S,Hurdman J,et al.Noninvasive estimation of PA pressure,flow,and resistance with CMR imaging:derivation and prospective validation study from the ASPIRE registry[J].JACC Cardiovasc Imaging,2013,6:1036-1047.

[30]Sanz J,Kuschnir P,Rius T,et al.Hypertension:noninvasive detection with phase contrast MR imaging[J].Radiology,2007,243-250.

[31]Pattynama PTMT,Willems LNA,Smit AH,et al.Early diagnosis of cor pulmonale with MR imaging of the right ventricle[J].Radiology,1992, 182:375-379.

[32]Tamborini G,Brusoni D,Molina J,et al.Feasibility of a new generation three-dimensional echocardiography for right ventricular volumetric and functional measurements[J].Am J Cardiol,2008,102:499-505.

[33]Ramani GV,Gurm G,Dilsizian V,et al.Noninvasive assessmen t of right ventricular function:will there be resurgence in radionuclide imaging techniques[J].Curr Cardiol Rep,2010,12:162-169.

[34]Lee JS,Kim SJ,KimU,et al.Comparison of gated blood pool SPECT and spiral multidetector computed tomography in the assessment of right ventricular functional parameters:validation with first-pass radionuclide angiography[J].Ann Nucl Med,2007,21:159-166.

（收稿2016-01-06）

New developments in imaging methods to assess right ventricular function in chronic obstructive pulmonary

disease

TANG Ling1,LI Chunping2.1 Department of Radiology,The First People’s Hospital of Zigong City,Zigong

643000,China;2 Department of Radiology,Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College

Accurate assessment of right ventricular function in chronic obstructive pulmonary disease(COPD)is essential for the clinical diagnosis and treatment.Given the complex right ventricular geometry,the traditional imaging modalities are difficult to precisely evaluating its function.With recent development in the echocardiographic tissue doppler imaging(TDI)and strain rate imaging(SRI),optimization in the temporal resolution of multislice CT and contrast medium injection scheme,the advancement of CMRI cine phase-contrast,as well as all kinds of new radionuclide techniques,it makes a breakthrough in evaluation of cardiac morphology and function.The imaging technology become much objective, accurate,quantitative in evaluation of right ventricular function in COPD patients.

Chronic obstructive pulmonary disease;Right ventricular function;Echocardiography;Tomography,X-ray computed;Magnetic resonance imaging

10.19300/j.2016.Z4071

R692.7；R445.2

A

1自貢市第一人民醫(yī)院放射科，自貢643000；2川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科

李春平，E-mail：13890898699@163.com

*審校者