慢性阻塞性肺疾病病人右心室功能改變的影像學(xué)研究進(jìn)展

黃月薇 黃小華 陳小菊*

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是常見(jiàn)的呼吸系統(tǒng)疾病，發(fā)病率及病死率較高[1-2]。COPD 主要表現(xiàn)為慢性支氣管炎及肺氣腫的病理變化，這些病理變化導(dǎo)致肺的通氣及換氣功能出現(xiàn)不同程度的障礙，繼而肺血管異構(gòu)，心臟負(fù)荷加重，導(dǎo)致右心功能下降。心血管疾病是COPD 病人常見(jiàn)的并發(fā)癥，右心室失代償后?？梢l(fā)右心功能衰竭，明顯增加心臟猝死率[3]。由于右心室功能指數(shù)對(duì)心肌梗死、擴(kuò)張型心肌病和慢性心力衰竭病人的長(zhǎng)期生存有額外的預(yù)測(cè)價(jià)值[4]，因此及時(shí)、準(zhǔn)確、無(wú)創(chuàng)評(píng)估右心室功能改變，對(duì)臨床制定治療決策及改善病人預(yù)后具有重要意義。目前,臨床上常用超聲心動(dòng)圖、CT、心臟MR 成像、放射性核素檢查等影像技術(shù)評(píng)估右心室功能改變，但其各有優(yōu)劣。本文就COPD 導(dǎo)致右心室功能改變的機(jī)制以及各種影像檢查方法的應(yīng)用進(jìn)展及其特點(diǎn)進(jìn)行綜述，旨在為臨床提供最優(yōu)化、個(gè)性化的影像檢查選擇方案。

1 COPD 所致右心室功能改變的機(jī)制

COPD 所致右心室功能改變的具體發(fā)病機(jī)制尚不明確。目前普遍認(rèn)為與低氧及炎癥導(dǎo)致肺血管收縮和內(nèi)皮功能紊亂引起的肺血管重建密切相關(guān)，其特征為平滑肌細(xì)胞異常增殖及肥大，細(xì)胞外基質(zhì)增多，引起肺動(dòng)脈管壁增厚及管腔狹窄，血管阻力增高。肺血管重建引起肺循環(huán)、右心室功能的改變。

1.1 肺血管重建 低氧狀態(tài)下，內(nèi)皮細(xì)胞受損，內(nèi)皮舒張因子減少，血管活性物質(zhì)過(guò)度分泌；肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞凋亡與增殖失衡，無(wú)肌型動(dòng)脈肌化，細(xì)胞外基質(zhì)沉積[5]；肺動(dòng)脈鉀離子通道開(kāi)放減少，膜電位降低[6]，造成肺動(dòng)脈收縮，管壁增厚，血管阻力增加，引起血管重建。炎癥狀態(tài)下，炎癥細(xì)胞激活，炎癥因子異常表達(dá)，兩者相互作用引起內(nèi)皮細(xì)胞損傷，同時(shí)炎癥細(xì)胞侵襲肺實(shí)質(zhì)及肺小血管，破壞肺組織的正常結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)肺血管收縮[7]。除低氧與炎癥因素外，非炎癥引起的氣道重塑、原位血栓形成、過(guò)度充氣、紅細(xì)胞增多癥和肺動(dòng)脈僵硬等也是影響肺血管重建的重要因素。非炎癥引起的氣道重塑使小氣道阻力增加，氣流受限，加重缺氧，引起肺動(dòng)脈壓力升高；原位血栓形成，一方面減少了可利用的肺血管，另一方面血小板釋放生長(zhǎng)因子，促進(jìn)了肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的遷移和增殖[8]；過(guò)度充氣，降低胸內(nèi)容積和心臟充盈壓力，呼氣血流受限，影響肺血流動(dòng)力學(xué)[9]；紅細(xì)胞增多癥導(dǎo)致肺血管張力的改變[10]；肺動(dòng)脈僵硬程度的增加對(duì)平均肺動(dòng)脈壓變化的影響大于周?chē)茏枇?，可作為將?lái)評(píng)價(jià)肺功能障礙的生物標(biāo)志物[11]。

1.2 右心室功能改變 肺血管重建促使肺動(dòng)脈壓升高及右心后負(fù)荷增加，早期右心室代償性肥大，舒張功能降低，收縮功能增強(qiáng)，以增加心肌收縮力，維持心排血量[12]，此時(shí)心肌質(zhì)量增加，肺動(dòng)脈主干內(nèi)徑未見(jiàn)明顯變化，射血分?jǐn)?shù)保持相對(duì)穩(wěn)定。隨著COPD的進(jìn)展，肺動(dòng)脈壓持續(xù)升高（超過(guò)右心室代償能力），肺動(dòng)脈主干內(nèi)徑增寬；右心室進(jìn)行性增大，壁增厚，等容收縮時(shí)間延長(zhǎng)，射血時(shí)間縮短，協(xié)調(diào)性及同步性變差[13-14]，整體功能降低。右心室射血分?jǐn)?shù)在輕、中度肺動(dòng)脈高壓中可表現(xiàn)為升高，在重度肺動(dòng)脈高壓中則表現(xiàn)為降低[15]；而心肌質(zhì)量則隨COPD病人病情嚴(yán)重程度加重而呈遞增狀態(tài)[16]。Hilde 等[17]通過(guò)測(cè)量右心室等容加速度、峰值收縮應(yīng)變、心肌性能指數(shù)等指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有肺動(dòng)脈高壓的COPD 病人也存在右心室肥大、擴(kuò)張和收縮功能降低。

2 COPD 右心室功能改變的影像學(xué)研究進(jìn)展

2.1 胸部普通X 線(xiàn)檢查 胸部普通X 線(xiàn)檢查僅能顯示心臟形態(tài)及部分病變，無(wú)法對(duì)心肌及心功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，因而較少用于COPD 右心室功能的研究。在X 線(xiàn)引導(dǎo)下進(jìn)行的右心導(dǎo)管檢查術(shù)是診斷肺動(dòng)脈高壓的金標(biāo)準(zhǔn)[18]，能夠直接測(cè)量肺動(dòng)脈壓力，同時(shí)還能評(píng)價(jià)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)；進(jìn)行急性血管擴(kuò)張?jiān)囼?yàn)，根據(jù)不同腔室血管的壓力和血氧測(cè)定獲得肺血管阻力和右心排血量等指標(biāo)。右心導(dǎo)管檢查術(shù)對(duì)于COPD 引起右心室功能改變的診斷、治療選擇及預(yù)后評(píng)估具有重要意義，但因其屬有創(chuàng)性檢查，會(huì)對(duì)心肺功能不全病人造成不良影響，也不利于反復(fù)檢查及隨訪(fǎng)，現(xiàn)已逐步被超聲心動(dòng)圖、CT 和MRI 等方法替代。

2.2 超聲心動(dòng)檢查 經(jīng)胸超聲心動(dòng)檢查是目前評(píng)估COPD 右心室功能的最佳初始方法，以三尖瓣反流速度、右室射血分?jǐn)?shù)等作為重要指標(biāo)，并可以提供右心室容積、功能和解剖細(xì)節(jié)，以及測(cè)得血流的方向、速度和分布。此外，超聲心動(dòng)圖二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)可直接測(cè)量心肌做功指數(shù)，即Tei 指數(shù)。Tei 指數(shù)隨右心室功能降低而增加，比傳統(tǒng)超聲心動(dòng)圖參數(shù)更加敏感，但二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)目前僅可用于四腔心層面心尖部，并受限于心動(dòng)周期中的形態(tài)變化，以及由于斑點(diǎn)的平面外運(yùn)動(dòng)和右心室壁較薄而難以追蹤[19]，尚需進(jìn)一步研究。

近年出現(xiàn)的實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖（real-time 3D echocardiography，RT-3DE）可以克服上述局限性。RT-3DE 不再基于幾何假設(shè)，對(duì)右心室功能及容積定量較二維超聲心動(dòng)圖更為精準(zhǔn)。劉等[20]利用RT-3DE和MRI 對(duì)COPD 病人右心室功能進(jìn)行分析，RT-3DE 和MRI 測(cè)得右心室收縮末期容積（end-systolic volume，ESV）、舒張末期容積（end-diastolic volume，EDV）、每搏輸出量（stroke volume，SV）和右心室射血分?jǐn)?shù)（right ventricular ejection fractions，RVEF）的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，2 種成像方法評(píng)價(jià)COPD 病人右心室功能的相關(guān)性較高（ESV、EDV、SV 和RVEF的 r 值分別為 0.896、0.924、0.754 和 0.616）。但是，重度肺動(dòng)脈高壓病人右心室容積增大明顯，RT-3DE 獲取影像質(zhì)量往往不佳，成像分析時(shí)ESV 和EDV 可能被低估，從而影響后期評(píng)價(jià)[21]；另外，RT-3DE 成本高、耗時(shí)長(zhǎng)，對(duì)影像質(zhì)量要求較高，受不規(guī)則心律影響較大。此外，超聲心動(dòng)檢查對(duì)大多數(shù)的右心室功能評(píng)估是在靜息狀態(tài)下進(jìn)行的，對(duì)負(fù)荷狀態(tài)下的右心功能評(píng)估仍處于探索階段[22]。

常規(guī)超聲心動(dòng)檢查具有操作方便、檢查費(fèi)用低、無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)，在篩查和隨訪(fǎng)COPD 右心室功能改變中發(fā)揮著重要作用，尤其對(duì)重癥住院病人方便易行[23]，但其結(jié)果與操作者手法及主觀(guān)判斷能力密切相關(guān)，同時(shí)對(duì)聲窗的要求較高，成像質(zhì)量影響因素也較多，尤其由于COPD 病人的肺組織含氣量大，使得右心室超聲心動(dòng)圖影像質(zhì)量受到影響；另外還受到心臟運(yùn)動(dòng)、呼吸變化、體型等限制[24]。由于常規(guī)經(jīng)胸心動(dòng)圖檢查有其局限性，目前成人右心超聲心動(dòng)圖評(píng)估指南建議，應(yīng)至少使用2 次經(jīng)胸心動(dòng)圖檢查，采用多種定量方法評(píng)估右心室功能[25]。隨著Tei 指數(shù)、彩色室壁運(yùn)動(dòng)分析、應(yīng)變率成像、聲學(xué)定量等新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這些受限情況有望改善。

2.3 心臟CT CT 技術(shù)的進(jìn)步使心臟和肺血管系統(tǒng)的成像得到了改善。除輻射損傷外，心臟CT 能安全、直觀(guān)、動(dòng)態(tài)地檢測(cè)到超聲心動(dòng)圖所能得到的右心室數(shù)據(jù)。CT 掃描影像穩(wěn)定、速度快、分辨力較高，而且觀(guān)察者間的主觀(guān)性偏差較少，因此在評(píng)價(jià)右心功能方面更客觀(guān)、準(zhǔn)確。

目前，廣泛應(yīng)用的多層螺旋CT（MSCT）技術(shù)通過(guò)螺旋式容積采集獲得連續(xù)性層面信息，可以完成任意平面的圖像重組，通過(guò)三維容積成像完成三維再現(xiàn)，立體直觀(guān)地顯示心臟與血管的空間關(guān)系及血管的異常改變[26]。應(yīng)用MSCT 對(duì)肺動(dòng)脈直徑、心室內(nèi)徑等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量分析，可準(zhǔn)確定量評(píng)價(jià)COPD 病人肺動(dòng)脈高壓嚴(yán)重程度和右心室功能。一項(xiàng)對(duì)46例COPD 病人的右心室功能MSCT 和MRI 研究[27]發(fā)現(xiàn)，MSCT 測(cè)得RVEF 和心肌質(zhì)量與COPD 病人病情嚴(yán)重程度密切相關(guān)，并且MSCT 與MRI 在右心室功能評(píng)價(jià)上有很強(qiáng)的相關(guān)性（心肌質(zhì)量：r=0.826，EDV：r=0.982，ESV：r=0.969，RVEF：r=0.899）。但是，MSCT 對(duì)心肌代謝及灌注評(píng)價(jià)的特異性和敏感性不高，對(duì)小血管的管徑及狹窄程度的評(píng)估存在局限性。此外，MSCT 技術(shù)需通過(guò)適度提高輻射劑量來(lái)降低噪聲，以此提高影像的密度分辨力。為了盡量避免輻射劑量對(duì)人體的生物效應(yīng)，可通過(guò)調(diào)整迭代算法、智能管電壓及管電流技術(shù)以及螺距、球管轉(zhuǎn)速、管電壓、管電流等參數(shù)的調(diào)節(jié)來(lái)降低輻射劑量[28]。

有研究[29]表明MSCT 掃描能準(zhǔn)確評(píng)估右心室功能，且與MRI 評(píng)估右心室功能的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但是，CT 相比 MRI 對(duì) EDV 和 ESV 的估計(jì)偏高，對(duì) RVEF 和 SV 的估計(jì)偏低[4，30]，可能是由于在心血管和冠狀動(dòng)脈CT 掃描前使用了β 阻滯劑，因而在減慢心率和限制心臟運(yùn)動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生了偽影，直接影響到心室功能的評(píng)估[30]；另一原因是不同的對(duì)比劑注射方案也會(huì)對(duì)右心室的強(qiáng)化產(chǎn)生影響，導(dǎo)致心內(nèi)膜的定位不準(zhǔn)確而影響評(píng)估準(zhǔn)確性[4]。雖然CT 自動(dòng)分割技術(shù)能準(zhǔn)確、快速地評(píng)估心臟功能，但相比MRI，CT 對(duì)右室自動(dòng)分割的準(zhǔn)確性尚不清楚[4]。

能譜CT 血管成像測(cè)量肺灌注缺損容積 (灌注缺損體積/肺總?cè)萘?是預(yù)測(cè)右心室功能障礙肺栓塞不良結(jié)局的重要指標(biāo)[31-32]，但目前尚未見(jiàn)能譜CT 對(duì)COPD 右心室功能評(píng)估的研究報(bào)道。能譜CT 相比MSCT 對(duì)于評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈及其分支小動(dòng)脈狹窄和心肌缺血具有更高的敏感性和特異性[33]，還可有效減少X 線(xiàn)束硬化偽影，獲取更高影像質(zhì)量[34]。能譜CT因其更高的時(shí)間分辨力及心電圖形波自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代劑量控制，不僅最大程度地降低了心臟掃描中的輻射劑量，而且提高了高質(zhì)量影像的采樣速率[35]，對(duì)COPD右心室功能評(píng)估，尤其對(duì)合并心肌疾病及肺血管異常的COPD 的應(yīng)用有非常廣闊的前景。

綜上，MSCT 成像速度快、空間分辨力高，可“一站式”評(píng)估右心室功能及其相應(yīng)指標(biāo)。MSCT 檢查時(shí)不受體位影響，指標(biāo)測(cè)量基本上不受鈣化影響，可以同時(shí)評(píng)估右心室功能、冠狀動(dòng)脈及肺部病變，有助于確定由肺部疾病引起的右心室功能障礙的病因，尤其適于無(wú)法通過(guò)反復(fù)屏氣而在仰臥位狀態(tài)接受較長(zhǎng)時(shí)間檢查的COPD 病人。但是，MSCT 存在輻射損傷和對(duì)比劑使用風(fēng)險(xiǎn)，而且其時(shí)間分辨力和軟組織分辨力不如心臟磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）成像高，受心率影響可低估RVEF 和SV 值。能譜CT 成像有望為右心室功能不全病人提供心肌和肺灌注評(píng)估的功能信息。

2.4 CMR 成像 CMR 成像是目前評(píng)估心臟功能的金標(biāo)準(zhǔn)[36]，具有無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射、良好的軟組織對(duì)比度、高時(shí)間及空間分辨力、干擾因素較少等特點(diǎn)。多方位、大視野成像顯示心臟及其相關(guān)細(xì)微結(jié)構(gòu)更加直觀(guān)、準(zhǔn)確；多參數(shù)計(jì)算獲取信息更加全面，可結(jié)合多種成像方法對(duì)右心室功能進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估。

傳統(tǒng)黑白血技術(shù)主要觀(guān)察右心室大小、室壁厚度等形態(tài)學(xué)指標(biāo)。MR 心肌應(yīng)變（myocardial strain，MS）成像可在心室射血分?jǐn)?shù)和心室壁運(yùn)動(dòng)明顯異常之前顯示心肌功能改變，從而早期發(fā)現(xiàn)COPD 病人心肌異常。Lu 等[37]研究表明，肺動(dòng)脈高壓病人右心室縱向應(yīng)變與RVEF 相關(guān)性好，是預(yù)測(cè)右室功能障礙的良好指標(biāo)。CMR 釓延遲強(qiáng)化（late gadolinium enhancement，LGE）可識(shí)別心肌纖維化程度及瘢痕形成，明確心肌缺血情況和心肌損傷[38]。T1mapping和細(xì)胞外容積（extracellular volume，ECV）分?jǐn)?shù)則可進(jìn)一步定量測(cè)量心肌纖維化，評(píng)估纖維化程度。Garcíaálvarez 等[39]通過(guò)對(duì)慢性肺動(dòng)脈高壓豬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯堪l(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組T1值和ECV 分?jǐn)?shù)值均明顯高于對(duì)照組，與肺血流動(dòng)力學(xué)、右心室功能顯著相關(guān)，并且ECV 分?jǐn)?shù)值的增加早于明顯的右心室收縮功能障礙，可早期發(fā)現(xiàn)慢性肺動(dòng)脈高壓心肌受累情況。MR灌注成像能早期發(fā)現(xiàn)心肌代謝和灌注改變，評(píng)價(jià)心臟微循環(huán)情況，反映心臟整體和局部功能[40]。有研究[41]表明，MR 灌注成像對(duì)心肌缺血的評(píng)價(jià)比CT 更敏感，其敏感度為86.5%，特異度為83.4%，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值77.2%，陰性預(yù)測(cè)值71.4%。隨著相位對(duì)比MR成像多維度編碼的4D 流速測(cè)量（4D flow）技術(shù)的逐步應(yīng)用，不僅能夠同時(shí)顯示血管解剖結(jié)構(gòu)及血流方向、速度等參數(shù)，還能計(jì)算脈搏波傳導(dǎo)速度[42]、壁面剪應(yīng)力[43]等重要參數(shù)，使心臟運(yùn)動(dòng)血流特征及血流動(dòng)力學(xué)的檢測(cè)更加精準(zhǔn)，尤其是對(duì)于右室反流或分流的評(píng)價(jià)。

CMR 成像掃描時(shí)間長(zhǎng)，需反復(fù)屏氣。近年出現(xiàn)的MR 三維容積電影成像采集時(shí)間短，單次屏氣即能獲取心臟全容積的電影成像[44]，可有效解決COPD病人因屏氣困難而難以獲取影像的問(wèn)題。Johns 等[45]研究發(fā)現(xiàn)，在預(yù)后評(píng)估方面，CMR 成像與右心導(dǎo)管檢查術(shù)效能相當(dāng)；但是，CMR 成像的成像時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用較高，尤其禁忌對(duì)體內(nèi)裝有起搏器和金屬植入物以及患有幽閉恐懼癥病人的檢查。

總之，CMR 成像具有可多參數(shù)、多維度成像，無(wú)輻射損傷，高時(shí)間和組織分辨力等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)黑白血技術(shù)、心肌應(yīng)變成像、LGE、T1mapping、ECV 分?jǐn)?shù)、4D flow 等新技術(shù)有利于測(cè)定右心室整體/節(jié)段形態(tài)學(xué)及功能指標(biāo)，分析心肌應(yīng)力，評(píng)價(jià)右室血流特征、心肌缺血或心肌纖維化程度，但評(píng)價(jià)一致性欠佳，尚需在心血管掃描及后處理方案標(biāo)準(zhǔn)化等方面進(jìn)一步研究。

2.5 放射性核素檢查 放射性核素檢查一般用于評(píng)價(jià)心臟功能以及心肌灌注和代謝改變情況。核素心室顯像可直接顯示心室腔的形狀、大小和運(yùn)動(dòng)情況，同時(shí)可計(jì)算心室整體及局部功能，較少受到心室形態(tài)改變的影響。核素心肌灌注顯像能同時(shí)顯示血流和代謝改變。陳等[14]研究顯示核素心血池顯像技術(shù)還可用于評(píng)估右心室的同步性，間接反映右心室功能。放射性核素心血管造影是測(cè)量右心室功能的重要方法，但該方法提供的解剖信息有限，而且心律失常、右心房與右心室造影劑分界不清、觀(guān)察者需手動(dòng)繪制右心室輪廓等因素均可造成右心室功能評(píng)估誤差[46-47]。此外，放射性核素檢查存在電離輻射，分辨力較低，對(duì)于心臟細(xì)微解剖結(jié)構(gòu)的顯示不如CT 和MRI，因而較少在臨床應(yīng)用。PET/CT 或PET/MRI 對(duì)心肌變化具有較高的敏感性，主要用于評(píng)價(jià)心肌灌注與活性，并在評(píng)估斑塊性質(zhì)、冠狀動(dòng)脈定量分析、心肌重構(gòu)等方面具有一定優(yōu)勢(shì)[48]，但因其檢查費(fèi)用昂貴，未在臨床廣泛應(yīng)用。

3 小結(jié)

COPD 可致右心室不同程度擴(kuò)張、肥厚及功能障礙。精準(zhǔn)評(píng)估右心室功能改變已成為國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)影像研究的熱點(diǎn)。右心導(dǎo)管檢查術(shù)、RT-3DE、MSCT、CMR 成像及 PET/CT、PET/MRI 在心臟功能評(píng)估中各有優(yōu)勢(shì)。右心導(dǎo)管檢查術(shù)可動(dòng)態(tài)顯示右心室并進(jìn)行壓力測(cè)定，但有創(chuàng)、耗時(shí)。RT-3DE 不受心腔幾何形態(tài)的影響，能精準(zhǔn)定量右心室容積及功能，但存在獲取數(shù)據(jù)的局限性及操作者間的差異性，不能早期全面監(jiān)測(cè)右心室情況，有待彩色室壁運(yùn)動(dòng)分析、應(yīng)變率成像、聲學(xué)定量和Tei 指數(shù)等新技術(shù)的深入研究與應(yīng)用。MSCT 空間分辨力較高，能定量評(píng)價(jià)COPD 肺動(dòng)脈高壓嚴(yán)重程度和右心室功能改變，能譜CT 將成為研究COPD 右心室功能改變的新方向。CMR 成像是評(píng)價(jià)右心室功能的金標(biāo)準(zhǔn)，多模態(tài)成像利于右心室多項(xiàng)指標(biāo)的定量或半定量評(píng)價(jià)，但缺乏一致性，尚需在右心室成像及后處理方案標(biāo)準(zhǔn)化方面進(jìn)行深入研究。

綜上所述，CT 和CMR 成像均能直觀(guān)、動(dòng)態(tài)地反映右心室及其相關(guān)細(xì)小結(jié)構(gòu)的改變，“一站式”地獲取右心室功能和運(yùn)動(dòng)變化，但CMR 成像較CT 能更早、更精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)COPD 右心室功能改變。隨著對(duì)COPD 導(dǎo)致右心室功能改變的研究不斷深入以及多種影像檢查方法的結(jié)合，特別是PET/CT 與PET/CMR 的應(yīng)用，必將為右心室功能評(píng)估提供新的方向。