CMR評估肺高血壓：肺高血壓患者與健康志愿者對照研究

王蒙 楊振文 張璋 李東 楊帆 于鐵鏈

肺高血壓（pulmonary hypertension, PH）是一種可見于多種臨床疾病，并將使大多數(shù)病例的心血管和呼吸系統(tǒng)疾病更難控制的血液動力學和病理生理學異常狀態(tài)，其主要特征是肺動脈壓力和肺血管阻力進行性升高，肺循環(huán)廣泛性血管壁細胞性增殖和重構[1]。PH臨床病程表現(xiàn)為進行性惡化和間斷急性失代償發(fā)作，死亡可突然或緩慢發(fā)生，而臨床醫(yī)生往往對病情的進展評估不足[1,2]。心臟核磁共振（cardiac magnetic resonance, CMR）對PH的診斷、分類、失代償危險評估、療效隨訪和判斷預后都具有應用潛力[3]。本研究旨在應用CMR評估一組PH患者右心室（right ventricle, RV）形態(tài)、功能及主肺動脈（main pulmonary artery, MPA）血液動力學，并與健康人對照，探討CMR在檢出PH中的臨床應用價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 根據(jù)PH臨床診斷標準[1]，收集天津醫(yī)科大學總醫(yī)院2012年1月-2014年12月期間經右心導管（right heart catheterization, RHC）確診的PH患者共56例，女性51例，年齡（38.93±11.83）歲，心率（81.45±9.80）次/分，均為毛細血管前PH。56例患者中肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension, PAH）50例，其中特發(fā)性PAH、結締組織病相關性PAH、先天性心臟病相關性PAH分別為10例、27例、13例；慢性血栓栓塞性肺高血壓（chronic thromboembolic pulmonary hypertension, CTEPH）6例。健康志愿者22例，女性20例，年齡（37.15±12.94）歲，心率（72.95±6.02）次/分，年齡和性別的構成比均與PH組相匹配，心率、血壓均在正常范圍，均無心肺疾病史。本研究經天津醫(yī)科大學總醫(yī)院倫理委員會批準，受試者均符合磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）檢查安全標準且對此項研究知情、同意。

1.2 圖像采集 采用GE 1.5T Twin-speed Infinity with Excite II超導型MR掃描儀，8通道心臟相控陣線圈，呼吸和心電門控。采用二維快速穩(wěn)態(tài)進動采集序列（fast imaging employing steady-state acquisition, FIESTA）獲得心臟長軸位、短軸位和標準四腔心位圖像。短軸位成像參數(shù)[4,5]：TR/TE min full/min full，翻轉角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，從心尖到心底共獲取9層-13層圖像覆蓋整個RV，每層掃描時相數(shù)為20。采用相位對比（phase-contrast, PC）序列對主肺動脈（main pulmonary artery, MPA）進行掃描并獲得幅度圖和相位圖。成像參數(shù)[5]：TR/TE自動選擇最小重復時間/min full，翻轉角20°，帶寬31.25 kHz，F(xiàn)OV 40 cm×40 cm，矩陣256×256，NEX=1，掃描時相數(shù)為30，流速編碼方向為SLICE，速度編碼值為150 cm/s。全部檢查時間約30 min。

1.3 圖像分析 將掃描圖像傳輸至GE AW 4.3 MRI工作站，應用Report Card 3.7軟件進行數(shù)據(jù)分析。測量項目如下：

1.3.1 RV形態(tài)學和功能指標 在短軸位圖像上，連續(xù)手動描繪RV收縮末期與舒張末期所有圖像的心內膜、心外膜輪廓。軟件自動計算出RV舒張末期容積（enddiastolic volume, EDV）、收縮末期容積（end-systolic volume, ESV）、射血分數(shù)（ejection fraction, EF）及舒張末期心肌質量（myocardial mass, MM），分別除以體表面積（body surface area, BSA）后，獲得RVEDV指數(shù)（RVEDV index, RVEDVI）、RVESV指數(shù)（RVESV index,RVESVI）、RVMM指數(shù)（RVMM index, RVMMI）。在標準四腔心位中間圖像上，獲得RV舒張末期面積（RV diastolic area, RVDA）、收縮末期面積（RV systolic area,RVSA），并計算RV面積變化分數(shù)（RV relative area change,RVFAC），即RVFAC=[(RVDA-RVSA)/RVDA] ×100%[6]。在短軸位中間層面圖像上，測量并計算獲得室間隔曲率（interventricular septal curvature, CIVS）、左室游離壁曲率（free wall curvature, CFW）及曲率比CIVS/CFW（圖1）。

1.3.2 血液動力學指標 在MPA軸位幅度圖中，手動描記MPA血管輪廓內緣，勾畫出感興趣區(qū)（region of interest,ROI），追蹤一個心動周期各個時相的ROI，并將ROI位置復制到各時相相位圖中。由軟件計算出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，順應性=[（最大截面積-最小截面積)/最小截面積]×100%[5,6]。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析，計量資料符合正態(tài)分布以均數(shù)±標準差（Mean±SD）表示。PH組與對照組的測量結果采用兩獨立樣本t檢驗進行比較。通過邏輯回歸（Logisticregression, LR）模型來整合MPA正向峰值流速、順應性、曲率比、RVFAC在檢出PH中的權重并計算出綜合評估指標[7,8]，采用受試者工作特征曲線（receiver operating characteristic curve，ROC曲線）計算上述四種指標及綜合評估指標曲線下面積（area under the curve, AUC），比較各指標檢出PH的靈敏度、特異度和準確度。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 PH組與對照組RV形態(tài)、功能及MPA血液動力學結果比較 與對照組相比，PH組RVEDVI、RVESVI、RVMMI、MPA最大截面積、最小截面積均明顯升高（P＜0.001）；PH組RVEF、RVFAC、曲率比、MPA正向峰值流速及順應性均明顯低于對照組（P＜0.001）（表1，圖2）。

2.2 CMR指標檢出PH的效能比較 經ROC曲線分析，四項指標中，順應性AUC最大為0.950；綜合評估指標（最大正向峰值流速+順應性+曲率比+RVFAC）對檢出PH的效能高于任意單一指標，AUC為0.988（表2，圖3）。

3 討論

盡管PH的發(fā)病部位在肺血管，但RV功能減退是影響患者預后、活動耐量和生活質量的直接原因[9]。因此，以RV-肺循環(huán)的整體觀念來研究PH尤為重要。CMR作為一種安全、無創(chuàng)的檢查，能夠準確、可重復地評估RV形態(tài)、功能和血液動力學改變，并能直接對伴隨的心臟、大血管疾病做出診斷，對PH患者進行“一站式”全面評估。

本研究顯示，PH組與對照組相比，RVEDVI、RVESVI、RVMMI均明顯高于后者，代表RV擴張、肥厚，而RVEF、RVFAC顯著降低，提示RV功能受損，與國內外一些研究[5,10]結果一致。RVFAC為評價RV整體收縮功能的可靠指標，既包含RV縱向功能（如三尖瓣環(huán)收縮期位移）又體現(xiàn)橫向功能（如室間隔與左室游離壁距離變化），還可間接反映室間隔的運動[6]。本研究顯示PH組RVFAC明顯小于對照組，其原因可能與心肌纖維旋轉方向改變導致RV心肌收縮受損有關[11]，即橫向功能和縱向功能均受到影響，導致RVFAC減小。

圖1 心臟短軸位舒張末期中間層面圖像測量曲率。圖A、B中A、B兩點為插入部，M1、M2兩點分別為IVS中點和LV FW中點。A：IVS曲率測量：以A、B、M1三點確定圓O1，其IVS半徑記為RIVS，IVS曲率記為CIVS，CIVS=1/RIVS。B：FW曲率測量：以A、B、M2三點確定圓O2，其FW半徑記為RFW，F(xiàn)W曲率記為CFW，CFW=1/RFW。Fig 1 Mid-short axis cine images at the end-diastolic phase for curvature calculation. Two points-junction 1 (A) and junction 2 (B)-are initially positioned at the junctions between the IVS and LV FW. Two additional points are then marked in the middle portion of IVS (M1) and the FW (M2).By considering A, B, and M1, RIVS is derived by applying the three-point circle method, CIVS=1/RIVS. A, B, and M2 are used similarly to derive the RFW, CFW=1/RFW. IVS: interventricular septal; LV: left ventricle; FW: free wall; RIVS: radius of the IVS; RFW: radius of the FW. CIVS: curvature of IVS; CFW:curvature of FW.

表1 PH組與對照組RV功能及MPA血液動力學參數(shù)比較Tab 1 Comparison of RV function and MPA hemodynamic parameters between PH and control group

圖2 健康志愿者與PH患者CMR圖像比較。A-C：女性，27歲，健康志愿者。A-C分別為軸位、四腔心位及短軸位圖像。A顯示正常MPA。B、C顯示正常LV、RV。D-F：女性，28歲，結締組織病相關性PAH（SLE）。D：軸位圖像示MPA明顯增粗、擴張。E：四腔心位圖像示RV、RA明顯擴張，小梁增多，室間隔向左弓（箭頭）。F：短軸位圖：RV心肌肥厚，心腔擴張，室間隔向左弓（箭頭），LV受壓變形。Fig 2 PH group and controls comparisons. A-C: Female, 27 yr, Healthy volunteer. FIESTA cine images at axis, four chamber and short axis showed normal MPA, RV and LV. D-F: Female, 28 yr, connective tissue disease associated PAH (SLE). D: Axis image, enlargement and dilatation of the MPA obviously. E: Four chamber cine image, enlargement and hypertrophy of RA and RV, increase in trabecular, 1eftward ventricular septal bowing (arrows). F: Short axis cine image, enlargement and hypertrophy of RV, leftward ventricular septal bowing (arrows), LV deformation. PH:pulmonary hypertension; CMR: cardiac magnetic resonance; MPA: main pulmonary artery; LV: left ventricle; RV: right ventricle; PAH: pulmonary arterial hypertension; SLE: systemic lupus erythematosus; RA: right atrium.

表2 CMR指標檢出PH的效能比較Tab 2 Comparison of diagnostic performance in PH between different CMR indices

圖3 ROC曲線顯示CMR指標檢測PH異常狀態(tài)的效能比較Fig 3 ROC curves showing the diagnostic accuracy of parameters derived-CMR. ROC: receiver operating characteristic curve.

曲率亦是評價心臟形態(tài)學改變的重要指標，可量化室間隔向左弓形突出的程度。本研究中PH組曲率比明顯低于對照組，且預測PH的靈敏度、特異度和準確度分別為82.1%、81.8%、82.0%，AUC為0.874，表明室間隔位置及運動異常，也可用于提示PH。Dellegrottaglie等[12]研究顯示，曲率比可準確、可重復地預測出右室收縮壓＞40 mmHg的患者，AUC為0.98，靈敏度、特異度分別為87%、100%，與本研究結果在本質上一致，均證實CMR曲率比可用于評估PH。

PC法可用于評估肺循環(huán)血液動力學狀態(tài)[13]。本研究中PH組MPA正向峰值流速、順應性均明顯低于對照組，而MPA最大截面積、最小截面積均明顯高于對照組，說明MPA管壁變僵硬，阻力增加，峰值流速減低，均作為評估PH的重要指標[14]。順應性在檢出PH中AUC最大為0.950，具有相當高的靈敏度、特異度和準確度，分別為87.5%、95.5%、89.7%。PH患者肺動脈壓力升高牽拉血管壁，使可擴張的膠原纖維減少，管壁僵硬，順應性隨之降低[15]。

本研究將MPA正向峰值流速、順應性、曲率比及RVFAC整合計算獲得綜合評估指標，檢出PH效能高于任意單一指標（AUC為0.988），靈敏度、特異度、準確度分別提高至94.6%、100.0%、96.2%。該綜合評估指標既包含PH患者RV形態(tài)及功能特點，又反映了MPA血液動力學信息，能夠更加準確、全面、系統(tǒng)地評價PH患者的病生理狀態(tài)，具有臨床應用價值。

本研究存在的局限性：樣本量相對較少，僅包含PAH和CTEPH兩個組別的患者。PH組中患者多數(shù)為中至重度，且沒有進行縱向隨訪研究。故本研究的結果仍有待進一步充實、驗證。

綜上所述，CMR能無創(chuàng)、準確地提供PH患者RV形態(tài)、功能及MPA血液動力學信息，綜合評估MPA正向峰值流速、順應性、曲率比及RVFAC有利于準確反映PH患者RV-肺循環(huán)整體狀態(tài)，具有臨床應用價值。