磁共振相位對(duì)比法對(duì)慢性高原病患者主肺動(dòng)脈改變初步研究

王聞，鮑海華

作者單位：

青海大學(xué)附屬醫(yī)院影像中心，西寧810001

慢性高原病(chronic mountain sickness，CMS)又稱 Monge's 病[1]，是指長期生活在海拔2500米以上高原的世居者或移居者，對(duì)高原低氧環(huán)境逐漸失去習(xí)服而導(dǎo)致的臨床綜合征[2]，其臨床特點(diǎn)常表現(xiàn)為紅細(xì)胞過度增多和肺動(dòng)脈壓力顯著增高[3]。據(jù)估算，我國四大高原約有30萬人患有CMS，其中青藏高原患病人數(shù)約25萬，其患病率在西藏部分地區(qū)甚至超過10%[4-5]。因此CMS是高原人群嚴(yán)重的公共健康問題。

據(jù)研究，青藏高原缺氧和寒冷兩大自然環(huán)境因素與CMS患者各個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、代謝等方面的改變密不可分[6]，其發(fā)病機(jī)理十分復(fù)雜。在較晚期的階段，這些患者經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)有關(guān)肺循環(huán)結(jié)構(gòu)和功能的改變[7]，但這方面的研究較少。而磁共振相位對(duì)比法(phase contrast MR imaging，PCMRI)不僅對(duì)血管解剖結(jié)構(gòu)能有較好的顯示，而且能定量地獲得其血流動(dòng)力學(xué)信息(如流速、流量和壓力等)[8]。為了深入了解高海拔環(huán)境對(duì)人體主肺動(dòng)脈影響，本研究應(yīng)用二維(two dimension，2D)PC-MRI技術(shù)對(duì)CMS患者主肺動(dòng)脈進(jìn)行分析，從影像學(xué)角度探討CMS患者主肺動(dòng)脈改變特點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

1.1.1 CMS組

選取我院2016年12月-2018年3月經(jīng)臨床確診的22例男性成年CMS患者，血紅蛋白(hemoglobin，HGB)值為(230±7) g/L，年齡19～56歲，平均(39.5±13.2)歲?；颊呔幼『０胃叨?000～4500 m，平均(3655±415) m。所有入組病例均符合CMS的診斷標(biāo)準(zhǔn)[2]：(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①居住海拔高度超過2500米且時(shí)間大于6個(gè)月的人群。②臨床常表現(xiàn)為頭痛、頭暈、氣喘、局部紫紺、紅細(xì)胞增多等征象。③CMS青海計(jì)分法：依據(jù)有無氣喘和心悸、失眠、紫紺、血管擴(kuò)張、感覺異常、頭痛、耳鳴臨床癥狀及HGB濃度進(jìn)行計(jì)分，便于定量診斷。(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①患有肺結(jié)核、慢性肺源性心臟病、肺癌等慢性肺部疾病者。②由慢性呼吸功能紊亂或某些慢性病變而導(dǎo)致繼發(fā)性紅細(xì)胞增多者。③居住海拔低于2500米或時(shí)間少于6個(gè)月的人群。

1.1.2 正常對(duì)照組

納入20名男性志愿者作為對(duì)照組，既往無心肺疾病的相關(guān)病史，無高血壓、糖尿??；HGB值為(172±9) g/L，其余血常規(guī)檢查正常；年齡21～58歲，平均(44.9±9.8)歲；居住海拔高度3000～4500 m，平均(3562±363) m。CMS組與正常對(duì)照組在年齡、居住海拔高度差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t、P值分別為1.486、0.152；0.767、0.449)。本研究通過醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有受檢者均知情并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 儀器及掃描序列、參數(shù)

使用Philips Achiva 1.5 T磁共振掃描儀及心臟專用線圈、心電、呼吸門控和屏氣技術(shù)，仰臥位，頭先進(jìn)，于呼氣末屏氣掃描。采用梯度回波序列(T1WI/TFE)行常規(guī)心臟電影掃描，獲取矢狀位的右心室流出道層面(right ventricular outflow tract，RVOT)圖像(圖1)，以此為基準(zhǔn)在距肺動(dòng)脈瓣環(huán)20 mm左右處定位，垂直其長軸，采用2D/QF序列掃描獲得兩組動(dòng)態(tài)圖像：幅度圖(圖2)及相位圖(圖3)。T1WI/TFE序列掃描參數(shù)：TR=2.5 ms，TE=1.26 ms，翻轉(zhuǎn)角60°，F(xiàn)OV 320 mm×320 mm，層厚10 mm，層間距：2 mm，采集矩陣160×144。2D/QF序列掃描參數(shù)：TR=5.2 ms，TE=3.2 ms，翻轉(zhuǎn)角12°，F(xiàn)OV 320 mm×320 mm，層厚8 mm，層間距：0 mm，采集矩陣128×126。每個(gè)心動(dòng)周期包含30個(gè)時(shí)相。

1.2.2 圖像后處理及計(jì)算

將掃描獲得的圖像傳入Philips心臟專用分析后處理工作站上，使用QFlow軟件打開相位圖，單擊Draw Selected Contour，沿主肺動(dòng)脈血管內(nèi)緣對(duì)血管橫截面積(cross-sectional area，CSA)進(jìn)行標(biāo)記，雙擊最后一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)完成標(biāo)記。選擇Enable Active Contours，軟件會(huì)對(duì)所標(biāo)記時(shí)相的CSA進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。再選擇Propagate Direction，一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)30個(gè)時(shí)相將會(huì)被全部標(biāo)記。最后對(duì)每個(gè)時(shí)相的CSA標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)微調(diào)，以確保其在靶血管內(nèi)(圖4)。

經(jīng)過上述圖像后處理，軟件會(huì)給出所需要的每個(gè)期相主肺動(dòng)脈各參數(shù)值，如CSA [包括最大CSA (maximum CSA，CSAmax)和最小CSA(minimum CSA，CSAmin)]、正向峰值流速(peak positive velocity，PPV)、反向峰值流速(peak negative velocity，PNV)、右心室搏出量(right ventricular stroke volume，RVSV)和反流分?jǐn)?shù)(regurgitant fraction，RF)(圖5)。其他計(jì)算參數(shù)公式如下：

MPA相對(duì)擴(kuò)張度(relative dilatation degree，RDD)[9]=(CSAmax-CSAmin)/CSAmin×100%

MPAP估測方法采用Laffon 等[10]提出的公式如下：

圖1 常規(guī)心臟電影掃描獲取矢狀位RVOT圖像，按照綠色定位線掃描獲得幅度圖及相位圖 圖2 幅度圖：信號(hào)強(qiáng)度僅與流速有關(guān)，不具有方向信息 圖3 相位圖：信號(hào)強(qiáng)度不僅與流速有關(guān)，還可以定量檢測，并具有血流方向信息，正向：高信號(hào)，反向：低信號(hào) 圖4 主肺動(dòng)脈QFlow軟件分析界面 圖5 QFlow軟件自動(dòng)計(jì)算結(jié)果界面，其中包括時(shí)間-流量曲線及各參數(shù)Fig. 1 Sagittal RVOT image was obtained by conventional cardiac film scanning and magnitude and phase images were obtained according to the green positioning line. Fig.2 Magnitude image: The signal intensity is only related to the velocity and does not have directional information. Fig.3 Phase image: The signal intensity is not only related to the velocity, but also quantitative. And it has directional information, which means high signal intensity in positive direction and low signal intensity in reverse direction. Fig.4 Main pulmonary artery QFlow software analysis interface. Fig.5 The result interface calculated automatically by QFlow software includes time-flow curve and parameters.

PpaComp(computed mean pulmonary arterial pressure value)是估算出的MPAP，單位為mmHg；Umax是主肺動(dòng)脈PPV，單位為cm/s；Smax是主肺動(dòng)脈CSAmax，單位為cm2。height、weight、HR分別為受試者的身高、體重及心率，單位分別是m、kg、次/min。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析各參數(shù)，計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，分析前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，兩組均符合正態(tài)分布，故采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

兩組間MPA的CSA及RDD指標(biāo)均出現(xiàn)改變，與對(duì)照組相比差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均＜0.01)，見表1。

2.2 血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)

CMS患者PPV指標(biāo)較健康志愿者明顯減小(P=0.015)；其PNV及RF指標(biāo)較對(duì)照組明顯增大，且差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P分別＜0.01及0.004)；而RVSV雖然較對(duì)照組略有增加，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.411)，見表2。另外，CMS組[(36.71±12.36) mmHg] MPAP較對(duì)照組[(15.77±6.69) mmHg]明顯增大(P＜0.01)。

表1 兩組間MPA結(jié)構(gòu)參數(shù)比較Tab.1 Comparison of MPA structural parameters between two groups

表1 兩組間MPA結(jié)構(gòu)參數(shù)比較Tab.1 Comparison of MPA structural parameters between two groups

組別 CSA (cm2) RDD (%)CMS組 7.52±0.71 36.11±11.27正常對(duì)照組 6.34±1.12 52.08±7.54 t值 4.202 5.332 P值 ＜0.01 ＜0.01

表2 兩組間MPA血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)比較Tab.2 Comparison of MPA hemodynamic parameters between two groups

表2 兩組間MPA血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)比較Tab.2 Comparison of MPA hemodynamic parameters between two groups

組別 PPV (cm/s) PNV (cm/s) RVSV (ml) RF (%)CMS組 72.19±9.41 28.61±4.1664.43±21.48 7.11±0.93正常對(duì)照組 80.32±11.15 22.64±6.14 59.12±19.34 4.31±0.48 t值 2.563 3.722 0.832 3.123 P值 0.015 ＜0.01 0.411 0.004

3 討論

心導(dǎo)管術(shù)一直以來被認(rèn)為是診斷及研究心血管疾病血流動(dòng)力學(xué)的金標(biāo)準(zhǔn)，是評(píng)價(jià)肺動(dòng)脈壓力的重要方法，但其創(chuàng)傷性及放射性一直為檢查者與受檢者所詬病。經(jīng)胸多普勒超聲檢查具有無電離輻射、重復(fù)性好和經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，易被多數(shù)患者接受，是最常用的無創(chuàng)性檢查方法[11]，但是胸部氣體及骨質(zhì)結(jié)構(gòu)等對(duì)超聲波的傳導(dǎo)受到限制，故其在胸部大血管方面的研究較為局限。隨著新序列的開發(fā)，加上高空間及時(shí)間分辨率等特點(diǎn)，MRI在心血管成像方面的應(yīng)用日益增多。PCMRI是利用流動(dòng)所致的宏觀橫向磁化矢量(Mxy)的相位變化來抑制背景、突出血管信號(hào)的一種成像方法。在層面選擇梯度與讀出梯度之間施加兩個(gè)大小和持續(xù)時(shí)間完全相同，但方向相反的梯度場即雙極梯度場。對(duì)于靜止的質(zhì)子群，兩個(gè)梯度場作用抵消，在TE時(shí)刻相位離散，因此兩種組織間形成相位差異，產(chǎn)生相位對(duì)比。影像上像素強(qiáng)度代表的是磁化矢量的相位變化，與質(zhì)子群的流速有關(guān)，流動(dòng)越快則相位變化越明顯。PC-MRI的優(yōu)點(diǎn)主要為背景組織抑制好，有助于對(duì)小血管的顯示。Nogami等[12]利用PC-MRI、右心導(dǎo)管及超聲心動(dòng)圖技術(shù)對(duì)肺動(dòng)脈高壓患者肺血流和壓力的評(píng)估中表明，三者測量出來的結(jié)果差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義而表現(xiàn)為一致性。雷曉燕等[13]對(duì)平原地區(qū)正常健康志愿者的研究顯示，利用PC-MRI及多普勒超聲技術(shù)測量肺動(dòng)脈最大流速、平均流速以及1個(gè)心動(dòng)周期的血流量值均接近，但該方法在CMS患者M(jìn)PA研究上應(yīng)用較少。

本研究利用PC-MRI成像技術(shù)對(duì)于在高海拔缺氧及寒冷環(huán)境下CMS患者的MPA結(jié)構(gòu)、血流動(dòng)力學(xué)及壓力改變的特點(diǎn)進(jìn)行了初步研究。RDD是指在心動(dòng)周期中管腔面積的相對(duì)變化，它反映了血管的彈性。利用PC-MRI測量結(jié)果顯示CMS患者M(jìn)PA擴(kuò)張、彈性降低，這是由于長期高原低氧環(huán)境影響肺動(dòng)脈中膜及其肌化，整個(gè)過程減少了肺動(dòng)脈內(nèi)徑；此外，缺氧在引起外周血管收縮、回心血量增加和肺血量增多的同時(shí)，呼吸道的神經(jīng)細(xì)胞受到刺激而引起低氧通氣反應(yīng)，也會(huì)使肺血管收縮，導(dǎo)致肺動(dòng)脈高壓[14]。CMS患者長期生活于高海拔低氧環(huán)境，顯著的肺動(dòng)脈高壓勢必會(huì)超過肺動(dòng)脈的代償能力，導(dǎo)致肺動(dòng)脈僵硬度增加，最終引起主肺動(dòng)脈增寬。

峰值流速是收縮期內(nèi)最大或舒張期內(nèi)最小的平均血流速度。Laffon等[10]與Masuyama等[15]的研究結(jié)果表明，隨著肺動(dòng)脈壓力的增加，肺動(dòng)脈PPV會(huì)相應(yīng)降低，而PNV會(huì)相應(yīng)升高。為了適應(yīng)低氧環(huán)境，腎臟會(huì)產(chǎn)生過多的促紅細(xì)胞生成素刺激骨髓造血組織，使周圍血液中紅細(xì)胞數(shù)增加，血液粘滯程度也隨之遞增，從而減慢血流速度，導(dǎo)致PPV降低。Bogren等[16]認(rèn)為肺動(dòng)脈高壓患者中有明顯不規(guī)則的大量反向流量。長期低氧刺激影響肺動(dòng)脈內(nèi)膜增生，導(dǎo)致肺動(dòng)脈管腔粗糙，因此在近管壁處會(huì)產(chǎn)生一些湍流，湍流處就會(huì)產(chǎn)生反流，而肺動(dòng)脈壓力增高及肺動(dòng)脈擴(kuò)張會(huì)加重反流。本研究中RVSV改變差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這一點(diǎn)與謝冬梅[17]的研究相符，可能與高原低氧環(huán)境下右心室代償有關(guān)。

綜上所述，CMS患者長期在低壓缺氧環(huán)境下導(dǎo)致MPA橫截面積擴(kuò)張和彈性降低，血流速度改變，反流分?jǐn)?shù)及MPAP均有不同程度增加，最終導(dǎo)致肺動(dòng)脈高壓。PC-MRI檢查技術(shù)能夠無創(chuàng)、準(zhǔn)確地提供這些信息，從而達(dá)到初步評(píng)估主肺動(dòng)脈改變特點(diǎn)的目的。

但本研究有一定的局限性：(1)由于地理環(huán)境、語言及時(shí)間的限制，被接受評(píng)估的患者數(shù)量較少；(2)掃描時(shí)間長，少數(shù)患者難以配合；(3)2D PCMRI成像技術(shù)未保持血管內(nèi)血流的一致性，測量結(jié)果可能有偏差。需要在今后的工作中繼續(xù)增加樣本含量，優(yōu)化掃描序列，彌補(bǔ)不足，為今后CMS患者臨床診斷、治療、預(yù)后評(píng)估提供新的依據(jù)。