心臟磁共振評(píng)估肺動(dòng)脈高壓的研究進(jìn)展

馬珂凡 祝因蘇 徐怡

肺動(dòng)脈高壓（pulmonary hypertension,PH）是一組以肺血管阻力和肺動(dòng)脈壓力進(jìn)行性升高為特征的臨床和病理生理綜合征。2018年第六屆世界肺動(dòng)脈高壓大會(huì)建議將PH血流動(dòng)力學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn)修改為平均肺動(dòng)脈壓（mean pulmonary artery pressure,mPAP）大于20 mmHg[1]。但由于該標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)爭(zhēng)議頗多，2021年中國(guó)肺動(dòng)脈高壓診斷與治療指南中依舊將PH定義為海平面、靜息狀態(tài)下，經(jīng)右心導(dǎo)管檢查測(cè)定的mPAP≥25 mmHg[2]。目前，PH主要分為動(dòng)脈性PH、左心疾病所致PH、肺部疾病和/或低氧所致PH、慢性血栓栓塞性PH以及不明和/或多因素所致的PH五大類(lèi)[2]。隨著肺動(dòng)脈壓力不斷升高，PH病人的右心室后負(fù)荷增加，從而導(dǎo)致右心室肥大和擴(kuò)張，引起右心功能不全，最終出現(xiàn)右心功能衰竭或死亡。因此，PH的早期診斷以及治療后評(píng)估尤為重要。

心臟磁共振（cardiac MR,CMR）作為一種無(wú)創(chuàng)的“一站式”影像學(xué)檢查，不僅可以直接評(píng)估心腔的大小、形態(tài)和功能，還可以評(píng)估血流動(dòng)力學(xué)及心肌應(yīng)變和組織學(xué)特征等；同時(shí)，基于CMR的人工智能研究也日漸增多。既往研究[3]發(fā)現(xiàn)，基于CMR所獲得的參數(shù)與右心導(dǎo)管測(cè)得的肺血管阻力和肺動(dòng)脈壓力有較強(qiáng)的相關(guān)性。因此，CMR可以作為PH早期診斷及預(yù)后評(píng)估的重要手段?，F(xiàn)就CMR評(píng)估PH的研究進(jìn)展予以綜述。

1 CMR在評(píng)估PH病人右心結(jié)構(gòu)和功能中的價(jià)值

1.1 右心室容積改變 自由穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)電影成像是評(píng)估心臟容積和功能的金標(biāo)準(zhǔn)。右心室容積和功能參數(shù)是評(píng)估PH病人預(yù)后的核心指標(biāo)。右心室容積和功能參數(shù)主要包括右心室射血分?jǐn)?shù)（right ventricle ejection fraction,RVEF）、右心室收縮末期容積（rightventricle end-systolic volume,RVESV）、右心室舒張末期容積（right ventricle end-diastolic volume,RVEDV）和右心室每搏輸出量（right ventricle stroke volume,RVSV）等。為了減小體型的影響，大多數(shù)研究使用體表面積進(jìn)行標(biāo)化。RVEF是評(píng)估右心室整體收縮功能的最常用參數(shù)，也是預(yù)測(cè)PH全因死亡和復(fù)合終點(diǎn)的最佳參數(shù)[4]。RVEF＜40%可以提示右心功能下降[5]，＜37%可識(shí)別出動(dòng)脈性PH的高危病人[6]。Alabed等[7]研究顯示，RVEF每下降1%，PH病人22個(gè)月內(nèi)臨床惡化的風(fēng)險(xiǎn)增加4.9%，54個(gè)月內(nèi)死亡的風(fēng)險(xiǎn)增加2.1%。RVEDV指數(shù)≥84 mL/m2是預(yù)測(cè)PH死亡率的最佳容積參數(shù)[8]。RVEDV指數(shù)每增加1 mL/m2，22個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)臨床惡化的風(fēng)險(xiǎn)增加1%；RVESV指數(shù)每增加1 mL/m2，22個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)臨床惡化的風(fēng)險(xiǎn)增加1.3%[7]。校正了年齡和性別的RVESV指數(shù)百分比預(yù)測(cè)值＜227%可用于識(shí)別動(dòng)脈性PH的低危病人[6]。RVSV指數(shù)＜25 mL/m2是PH病人獨(dú)立的死亡預(yù)測(cè)因子[8]。RVSV的下降和PH病人病死率明顯相關(guān)，治療期間RVSV增加超過(guò)10 mL是PH治療有效的重要指標(biāo)[9]。既往研究[10-11]表明，相較于常用的左心室短軸位，人體標(biāo)準(zhǔn)軸位掃描對(duì)于右心室容積功能評(píng)估的可重復(fù)性更好，但是需要額外的檢查時(shí)間。此外，陳等[12]研究發(fā)現(xiàn)，平行于三尖瓣短軸位對(duì)于右心室容積測(cè)量的可重復(fù)性也較好，但有待在不同類(lèi)型PH中的進(jìn)一步驗(yàn)證。

1.2 右心室心肌增厚 右心室心肌增厚常用右心室游離壁厚度、右心室質(zhì)量/容積比（right ventricle mass/volume ratio,RVM/V）、右心室心肌質(zhì)量指數(shù)（right ventricle myocardial mass index,RVMMI）表示。舒張期右心室游離壁厚度≥7 mm可用于診斷PH。RVM/V可以反映右心室對(duì)右心壓力增加的適應(yīng)性，RVM/V<0.45表示右心室偏心性肥厚，是特發(fā)性PH不良結(jié)局的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[13]。RVMMI表示右心室質(zhì)量與體表面積之比，RVMMI>59 g/m2是PH死亡和不良結(jié)局的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[8]。校正了年齡和性別的舒張期RVMMI百分比預(yù)測(cè)值每增加10%，動(dòng)脈性PH病人死亡風(fēng)險(xiǎn)提高10%[14]。心室質(zhì)量指數(shù)（ventricular mass index,VMI）是指右心室與左心室質(zhì)量之比。相較于RVMMI，VMI與mPAP的相關(guān)性更好。VMI＞0.45可以用于診斷PH[15]，＞0.75可以預(yù)測(cè)PH不良結(jié)局[5]。VMI每增加10%，動(dòng)脈性PH病人死亡風(fēng)險(xiǎn)提高11%[14]。

1.3 室間隔變形 在PH病人中，右心室壓力增加超過(guò)左心室壓力，會(huì)引起室間隔變平甚至呈弓形凸向左心室，評(píng)價(jià)室間隔變形程度的參數(shù)主要包括室間隔曲率和室間隔角度。室間隔曲率可通過(guò)室間隔半徑的倒數(shù)量化，與收縮期肺動(dòng)脈壓力及mPAP明顯相關(guān)，是PH病人病情不斷進(jìn)展的標(biāo)志。如果出現(xiàn)室間隔凸向左心室，收縮期肺動(dòng)脈壓力常＞67 mm Hg[16]。舒張末期室間隔曲率≤0.25 cm-1可用于診斷動(dòng)脈性PH，敏感度為81%，特異度為94%[17]。室間隔角度是指室間隔頂點(diǎn)與室間隔上下插入點(diǎn)之間的角度，可以在CMR電影序列短軸位舒張?jiān)缙跍y(cè)量[3]。Johns等[18]研究顯示室間隔角度與mPAP存在較強(qiáng)的相關(guān)性。

1.4 心室-動(dòng)脈偶聯(lián)（ventricular-arterial coupling,VAC）VAC是指心室收縮力和心室后負(fù)荷之間的匹配關(guān)系。最常用的CMR測(cè)量方法為容積法，通過(guò)短軸位電影序列計(jì)算出右室的容積參數(shù)，VAC的簡(jiǎn)化計(jì)算公式為VAC=RVSV/RVESV，可以反映右心室對(duì)肺動(dòng)脈僵硬度增加的代償功能，預(yù)測(cè)PH的臨床結(jié)局[19]。VAC的正常值通常在1.5～2.0之間，此時(shí)心室和動(dòng)脈系統(tǒng)處于最佳偶聯(lián)狀態(tài)，能有效地產(chǎn)生每搏功。既往研究[20]顯示診斷PH的VAC最佳臨界值一般為0.7~1.0。Tello等[21]研究顯示，VAC＜0.8可以有效預(yù)測(cè)PH病人右心功能衰竭（RVEF＜35%），敏感度為65%，特異度為88%。Breeman等[22]研究顯示，兒童動(dòng)脈性PH病人的VAC與肺血管阻力、mPAP、平均右房壓、WHO心功能分級(jí)相關(guān)。此外，動(dòng)脈性PH病人的VAC還與VMI、RVMMI呈負(fù)相關(guān)[14]。在結(jié)締組織疾病相關(guān)動(dòng)脈性PH的病人中，聯(lián)合CMR和右心導(dǎo)管檢查測(cè)得的VAC對(duì)PH死亡率有獨(dú)立的預(yù)測(cè)作用[23]。

1.5 心肌應(yīng)變 心肌應(yīng)變描述了心肌長(zhǎng)度、周長(zhǎng)和厚度在心臟搏動(dòng)時(shí)的變化，代表心肌組織形變的能力，是評(píng)估心肌局部功能和室壁運(yùn)動(dòng)的重要參數(shù)。其中最具代表性的是特征追蹤技術(shù)，可以通過(guò)心肌組織特性直接測(cè)量形變，主要包括縱向應(yīng)變（longitudinal strain,LS）、徑向應(yīng)變、周向應(yīng)變（circumferential strain,CS）及相應(yīng)的縱向應(yīng)變率（longitudinal strain rate，LSR）、徑向應(yīng)變率、周向應(yīng)變率（circumferential strain rate,CSR）。由于右心室壁更薄，右心室縱向應(yīng)變被認(rèn)為是評(píng)估右心室功能的敏感參數(shù)[24]，而周向應(yīng)變及徑向應(yīng)變運(yùn)用較少。在PH病人中，右心室整體LS、CS、LSR和CSR明顯下降，其中整體LSR和CSR的下降與RVEF降低相關(guān)，整體CSR的下降與不良的臨床結(jié)局獨(dú)立相關(guān)[25]。右心室整體LS>-20%是預(yù)測(cè)右心功能障礙的最敏感和特異的指標(biāo)[26]。在毛細(xì)血管前PH中，左心室LSR的下降與RVESV指數(shù)、RVEF顯著相關(guān)，是預(yù)測(cè)死亡率的重要參數(shù)[27]。此外，右心房LS的下降也反映了右心室失代償和更高的臨床惡化風(fēng)險(xiǎn)，并預(yù)測(cè)不良臨床結(jié)局[28]。由于右心室應(yīng)變測(cè)量的可重復(fù)性不高，目前仍缺乏大樣本量的研究，全自動(dòng)的心肌應(yīng)變分析可能是未來(lái)的研究方向。

2 基于CMR的肺血管血流動(dòng)力學(xué)方法在評(píng)估PH中的價(jià)值

二維相位對(duì)比成像是評(píng)價(jià)PH病人肺血管血流動(dòng)力學(xué)的主要成像方法。PH病人肺動(dòng)脈壓力和僵硬度增加，從而導(dǎo)致肺動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)出現(xiàn)變化（最大流速增加、平均流速減退、爬升斜率增加、反流量增加），可以直接或間接反映肺動(dòng)脈壓力情況。該序列可以測(cè)量肺動(dòng)脈瓣上1~2 cm處的主肺動(dòng)脈血流情況，得到肺動(dòng)脈最大和最小橫截面積、平均血流速度、最大血流速度、加速時(shí)間、反流量等血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)。其中肺動(dòng)脈平均流速是診斷PH最重要的血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)。主肺動(dòng)脈平均血流速度＜11.7 cm/s可用于診斷PH，敏感度為93%，特異度為82%[29]。反映肺動(dòng)脈僵硬度的CMR指標(biāo)包括肺動(dòng)脈相對(duì)面積變化（relative area change，RAC）、肺動(dòng)脈擴(kuò)張性以及脈搏波速度等。RAC為主肺動(dòng)脈（最大橫截面積-最小橫截面積）/最小橫截面積，是PH的獨(dú)立死亡預(yù)測(cè)因子，可以無(wú)創(chuàng)評(píng)估肺動(dòng)脈僵硬度。在射血分?jǐn)?shù)降低型心力衰竭合并PH的病人中，肺動(dòng)脈平均流速通常≤9 cm/s[30]。聯(lián)合RVESV指數(shù)和RAC對(duì)于預(yù)后評(píng)估具有更好的價(jià)值[23]。肺動(dòng)脈擴(kuò)張性指RAC與脈壓的比值，與RAC的預(yù)后價(jià)值沒(méi)有明顯差異。脈搏波速度指脈搏波沿動(dòng)脈壁的傳導(dǎo)速度，是反映肺血管壁僵硬度的另一個(gè)指標(biāo)，在PH病程早期升高[31]。

帶有時(shí)間分辨力的三維相位對(duì)比成像（即4D flow）是在二維血流基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的評(píng)估肺動(dòng)脈血流的最新序列。它可以評(píng)估興趣區(qū)內(nèi)完整的隨時(shí)間變化的三向速度場(chǎng)，定量測(cè)量血管壁剪切力（wall shear stress,WSS）、渦流成像（vortical flow imaging,VFI）和湍流動(dòng)能（turbulent kinetic energy,TKE）等參數(shù)。VFI可顯示由于肺動(dòng)脈壓力增加導(dǎo)致的渦流情況，渦流持續(xù)時(shí)間與mPAP相關(guān)[32]。WSS定義為血管壁上的摩擦剪切力，反映血管壁內(nèi)皮細(xì)胞功能；其在PH病人中減小，與RVEF相關(guān)[33-34]。TKE可顯示血流能量損失增加。目前這些指標(biāo)仍處于研究中，且由于測(cè)量的最佳位置存在爭(zhēng)議、成像及后處理時(shí)間長(zhǎng)、血流量化易受心率影響、缺乏長(zhǎng)期預(yù)后的研究等不足，4D flow距離實(shí)際臨床應(yīng)用還有一定距離[35]。

3 基于CMR的心肌組織學(xué)方法在評(píng)估PH中的價(jià)值

正常的右心室壁厚度較薄，無(wú)法進(jìn)行組織學(xué)定性和定量測(cè)量；而在PH病人中，右心室發(fā)生肥大和擴(kuò)張，導(dǎo)致纖維化，可以進(jìn)行組織學(xué)分析。目前利用CMR對(duì)PH進(jìn)行組織學(xué)評(píng)估的成像方法主要包括延遲釓對(duì)比劑增強(qiáng)（late gadolinium enhancement，LGE）和縱向弛豫時(shí)間定量成像（T1mapping）[36]。

LGE成像通過(guò)使用基于釓劑的反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列來(lái)區(qū)分正常和患病心肌。在CMR影像上，延遲強(qiáng)化區(qū)域代表心肌細(xì)胞壞死或心肌纖維化。延遲強(qiáng)化在PH中的發(fā)生率為92%~100%，其發(fā)生部位主要在右心室插入部，有時(shí)可延伸至室間隔，延遲強(qiáng)化的程度和肺動(dòng)脈壓力、右心功能情況密切相關(guān)，是PH預(yù)后不良的證據(jù)[37]。在晚期PH病人中偶爾會(huì)發(fā)現(xiàn)右心房延遲強(qiáng)化，可能繼發(fā)于右心房壓力一過(guò)性或持續(xù)升高。

T1mapping技術(shù)基于反轉(zhuǎn)或飽和脈沖激發(fā)，在縱向磁化矢量恢復(fù)的不同時(shí)間采集信號(hào)，通過(guò)圖像后處理測(cè)量心肌T1值來(lái)反映心肌纖維化程度，對(duì)心肌彌漫分布的纖維化評(píng)估更為精確。此外，基線(xiàn)時(shí)右心室游離壁T1值＞1 404 ms與1年后隨訪(fǎng)時(shí)RVEF下降有關(guān)，是動(dòng)脈性PH不良預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[38]。初始T1值可以同時(shí)反映心肌細(xì)胞內(nèi)、外的纖維化程度，而根據(jù)血細(xì)胞水平對(duì)心肌和血池增強(qiáng)前后的T1值進(jìn)行校正得到細(xì)胞外容積（extracellular volume，ECV），可以更準(zhǔn)確地反映細(xì)胞外心肌纖維化的情況。在射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭合并PH的病人中，右心室ECV與RVEDV、右心室游離壁應(yīng)變相關(guān)；而動(dòng)脈性PH病人中右心室ECV與全肺阻力顯著相關(guān)[39]。T1值及ECV的增加與右心室功能下降有關(guān)，是PH病人預(yù)后不良的重要指標(biāo)，還可以監(jiān)測(cè)PH治療反應(yīng)。

目前，LGE和T1mapping在PH診斷及預(yù)后評(píng)估中已有一定的應(yīng)用，但缺乏大樣本量的研究，有待循證醫(yī)學(xué)的進(jìn)一步支持。

4 CMR在鑒別不同類(lèi)型PH中的應(yīng)用價(jià)值

CMR不僅可以評(píng)估右心室和肺動(dòng)脈的病變情況，還可以用于鑒別不同類(lèi)型的PH，為診斷提供更全面的信息。CMR電影及血流成像可以反映異常肺靜脈或其他心內(nèi)分流的存在，提示可能存在動(dòng)脈性PH的病因[5]。CMR還能夠顯示心腔的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，提示先天性心臟病引起的PH。與先天性心臟病引起的PH不同，結(jié)締組織疾病相關(guān)的PH通常伴隨室間隔形態(tài)和運(yùn)動(dòng)的異常[5,40]，而CMR解剖和組織學(xué)成像可以通過(guò)左心室肥大或功能障礙、左心房擴(kuò)張?zhí)崾境溲孕牧λソ咚碌腜H[41]。Crawley等[42]研究表明，CMR測(cè)量的左心房容積<43 mL/m2可用于區(qū)分特發(fā)性PH與射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭所致的PH。在肺部疾病和/或缺氧所致的PH中，肺動(dòng)脈及右心房、右心室的改變不明顯，但是可以通過(guò)基于室間隔角、VMI、舒張期肺動(dòng)脈面積、肺動(dòng)脈RAC的多參數(shù)模型診斷慢性阻塞性肺疾病相關(guān)的PH（敏感度為92%，特異度為80%）[43]。MR血管成像可用于提示慢性血栓栓塞性PH中的肺血管充盈缺損及肺灌注情況[44]。

5 基于CMR的人工智能在評(píng)估PH中的價(jià)值

人工智能指計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬人的思維，分析學(xué)習(xí)輸入的數(shù)據(jù)，尋找規(guī)律以實(shí)現(xiàn)特定的任務(wù)。人工智能的方法多種多樣，主要包括傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，相關(guān)研究主要用于圖像重建、自動(dòng)分割、早期篩查、診斷和預(yù)后預(yù)測(cè)等[45]。目前CMR應(yīng)用最廣泛的是基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)模型，常用于提高CMR影像重建速度和質(zhì)量?；诙嗑€(xiàn)性子空間的機(jī)器學(xué)習(xí)可被用于識(shí)別動(dòng)脈性PH的疾病特征并進(jìn)行自動(dòng)診斷。疾病特征可在CMR四腔心和短軸位影像上以視覺(jué)疊加的方式呈現(xiàn)。該方法診斷動(dòng)脈性PH的準(zhǔn)確性高于CMR參數(shù)（RVEDV指數(shù)、RVESV指數(shù)、RVEF、RVSV指數(shù)、VMI、室間隔角），且無(wú)需對(duì)心腔進(jìn)行分割，在10 s內(nèi)即可完成[46]。Kanwar等[47]研究發(fā)現(xiàn)，基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器學(xué)習(xí)可用于評(píng)估動(dòng)脈性PH病人危險(xiǎn)分層，并且在多個(gè)中心都有較好的診斷效能。此外，監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)被用于分析右心室三維運(yùn)動(dòng)，可預(yù)測(cè)PH病人不良結(jié)局和生存時(shí)間；相較于評(píng)估RVEF，機(jī)器學(xué)習(xí)可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)PH病人的遠(yuǎn)期生存率，有助于高風(fēng)險(xiǎn)病人的早期干預(yù)[48]。然而，由于不同MR設(shè)備的序列及成像參數(shù)各異，人工智能還需要解決模型不穩(wěn)定的問(wèn)題才能真正投入到臨床應(yīng)用中。

6 小結(jié)

綜上所述，CMR可以采用多參數(shù)評(píng)估PH病人的心臟解剖、功能、血流動(dòng)力學(xué)及心肌組織特征，對(duì)PH病人提供診斷和預(yù)后信息，以指導(dǎo)臨床實(shí)踐。隨著CMR新技術(shù)和人工智能的進(jìn)一步發(fā)展，基于CMR對(duì)PH的評(píng)估將會(huì)越來(lái)越廣泛。