心脏磁共振成像评价肺动脉高压患者右心室功能的研究进展

胡高频，李旭楠(综述)，姜东炬(审校)

(解放军第210医院心内科，辽宁 大连 116021)

肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension,PAH)指由于各种原因引起的肺血管功能和(或)结构改变，以肺血管阻力进行性升高为特点，符合血流动力学诊断标准的一组临床病理生理综合征，伴进行性右心室功能障碍，最终导致右心室衰竭，甚至死亡。右心室功能是PAH患者预后最重要的决定因素[1]。与右心室相关的血流动力学、结构和功能指标对PAH的评估以及预后判断具有重要意义。要在临床推广应用这些参数，就需要简单、可重复性、准确、易于操作、无创性的评价工具。该文就心脏磁共振成像(cardiac magnetic resonance,CMR)在PAH患者右心室结构、功能等方面的研究进展进行综述。

1 评价PAH患者右心室功能的重要性

影响PAH患者致残率和致死率的重要决定因素是肺动脉压力增加对右心室的影响。右心室功能失代偿和衰竭是这些患者最常见死因[2]。有一些临床研究证实，与右心室功能相关的血流动力学参数(包括平均肺动脉压、右心房压、心排血量、心指数)是PAH死亡的最重要预测因子[3-5]。还有证据显示，其他一些反映右心室功能的指标在准确评估PAH患者风险时也很重要[6-7]。例如，在继发于左心衰竭的PAH患者，肺动脉压和右心室射血分数是独立的预测因子。然而，正常右心室射血分数的PAH患者预后与正常肺动脉压患者相似[8]。美国肺动脉高压专家共识[9]和欧洲肺动脉高压诊断及治疗指南[10]都把反映右心室功能的指标作为重要的危险分层依据，包括右心衰竭的证据、世界卫生组织功能分级、右心房室增大、三尖瓣环收缩期偏移(tricuspid annular plane systolic excursion，TAPSE)、右心房压、心指数和血脑钠肽水平。

2 评价右心室功能的辅助检查方法

评价右心室功能的辅助检查方法包括有创诊断和无创诊断，最重要的有创诊断是右心导管检查，无创诊断包括超声心动图、CMR等。右心导管检查是确诊PAH、评估血流动力学损伤严重程度及测试血管反应性的标准方法，检查时必须记录的参数包含肺动脉压力(收缩压、舒张压、平均动脉压)、右心房压、肺毛压、右心室压，但由于其有创性，一般不作为常规检查手段。超声心动图是被广泛应用于PAH诊断的影像学技术，具备安全、价廉的优点，在右心室评估方面获得指南推荐[11]。超声心动图可以提供基于三尖瓣反流峰值速度估计的肺动脉压力，也能量化评估心脏结构。然而，由于右心室靠近胸骨，几何形态复杂，其形态随负荷状态的不同而有显著差异，导致超声对右心室结构和功能很难准确评价。

CMR提供了评估右心室结构和功能的独特方法。CMR测定的参数与使用右心导管测得的血流动力学数据相关性极强，CMR还可以提供其他关于右心结构和功能的信息，其中很多细节是其他方法所不能获得的。CMR和其他方法相比有很多优势[12-14]。CMR是无创的，不需要电离辐射，还提供高分辨率的三维图像，避免了超声心动图等其他方法需要几何学的假设和运算。图像从每一层面获得，可以准确测量体积。CMR还可以显示软组织，辨认心脏结构及功能的早期改变。与超声心动图比较，CMR高度清晰的影像避免了不同研究者得出差异很大的结论，还允许对于心室腔大小、室壁厚度、质量进行准确和可重复性测量。CMR既可以评估右心解剖学特征，也可以用于评估功能学参数(例如通过测量血流速度获得每搏量、心排血量)。流量评估是CMR优于超声心动图，因为它可以在任何方向和层面上推导出流量，而准确的超声心动图流量评估需要血流平行于声束[15]。

3 CMR的临床应用

常规CMR检查时，心室容量通常是用短轴图像测量。心脏长轴定位后，应用屏息、心电门控“亮”血流电影序列，获得连续的短轴薄层层面(5～10 mm)，然后产生一“叠”图像层面。人工或应用半自动软件勾画出心内膜和心外膜轮廓，通过每个层面心室容积计算出总的心室容量。心室肌质量是通过心肌体积乘以心肌组织密度(1.05 g/cm3)获得的[16]。

速度编码的CMR基本原理是通过梯度场极性的改变，流动自旋质子可获得与静止的自旋质子不同的相位。相位对比图像中每个像素都含有与流动质子的方向有关的信息，这些信息可被流动分析软件采集、处理并显示，获得流动组织的速度和流量的信息。速度编码的CMR可以评估速度和容量。血流速度乘以选定的管腔横截面积，可以计算出血流量。这种方法可以用来计算舒张末容积和收缩末容积、每搏量、心排血量(每搏量×心率)和射血分数。实际上，右心室每搏量是PAH患者关键性的预后预测因子。在肺动脉阻力和肺动脉压增加的情况下，休息和运动情况下右心室每搏量正常意味着右心室很好地适应了后负荷的增加，而每搏量降低与病死率增加呈强相关[7,17]。

电影动态磁共振成像是应用梯度回波技术，根据右心室内高信号流动血液与室壁形成的对比进行形态学分析。根据收缩期、舒张期各时相容量，可测定右心室功能变化。电影动态CMR电影动态磁共振成像可显示室间隔在舒张期和收缩期如何变平和弯曲。作为右心室压力增高的结果，PAH患者室间隔的运动和形状显示出特征性改变[18]。

4 CMR评价PAH患者右心室功能的应用

4.1右心室射血分数及其替代方法 评价右心室收缩功能主要依据右心室射血分数，右心室射血分数是PAH患者重要的预后预测因子。右心室射血分数=(右心室舒张末容积-右心室收缩末容积)/右心室舒张末容积。右心室射血分数可使用速度编码的CMR测得，也可以采用其他替代方法。例如，TAPSE可能用于估计右心室射血分数，这一方法广泛应用于临床。然而，TAPSE的不足处在于它是基于单个片段可以代替一个复杂的三维结构的假说。Caudron等[19]以短轴电影序列测量的右心室射血分数作为参考值，评估了CMR 3种半定量方法(TAPSE、右心室缩短分数、右心室面积变化分数)对后天性心脏病患者右心室收缩功能的诊断准确性与变异性，表明右心室面积变化分数法比右心室缩短分数法及TAPSE法具有更高的准确性和可重复性。最近，Mauritz等[20]发现横面的几何改变对于监测终末期右心室尤为重要。

4.2右心室收缩后等容期及左心室舒张末容积 另一个反映右心室功能失调的参数是右心室收缩后等容期延长。PAH时，肺动脉瓣关闭与三尖瓣开放之间的时间间隔延长。以往这段延长的时间间隔被解释为右心室松弛时间延长，认为是舒张功能障碍的表现之一，但该观点受到质疑，因为有研究表明，右心室在肺动脉瓣关闭之后仍继续收缩，从而形成了收缩后的收缩期。Mauritz等[20]利用心肌标记的CMR，研究了23例PAH和18例健康受试者右心室工作情况，结果显示，在PAH时收缩后右心室等容期延长是因收缩后的另一个收缩期所致，而不是由舒张期延长引起。Gan等[21]发现,CMR测得的收缩后等容期与心室质量和肺动脉阻力呈正相关，提示收缩后等容期可能成为右心室功能失调的标志。右心室收缩时间延长的一个结果，是在左心室舒张早期室间隔向左心室弯曲[22]。这可以解释左心室舒张末容积成为PAH的一个预后预测因子的原因。左心室舒张末容积减少是PAH患者死亡的独立预测因子，左心室舒张末容积进一步减少与PAH患者病死率增高呈强相关[22]。

4.3右心室每搏量 许多CMR的研究表明，由于右心室扩张，PAH患者右心室舒张终末期和收缩终末期容积显著增加，右心室射血分数显著减少，右心室容积扩大，每搏量、心排血量显著减少[23-24]。在自发性PAH的患者，扩大的右心室容积和减小的每搏量是死亡和治疗失败的强预测因子[7]。可以使用复杂的容积测量法测量每搏量，然而速度编码影像法更易于操作，值得推荐[25]。另外，速度编码影像法提供了计算肺动脉扩张和分流分数的机会。分流分数由主动脉和肺动脉流量决定[26-27]。后者在先天性心脏病合并PAH患者分流的监控和定量方面有利[28]。每搏量作为PAH血流动力学参数的优势直接反映在负荷状态下右心室的功能，而心排血量在低每搏量不能用心率的增加来弥补，使得每搏量成为比心排血量更敏感的测量手段。在最近的研究中，van Wolferen等[29]研究每搏量与6 min步行距离试验的相关性显示，在治疗期间每搏量每<10 mL，就代表了显著的临床改变。

4.4右心室肥厚 右心室肥厚是PAH患者肺动脉后负荷增加的结果。与健康人比较，CMR发现PAH患者右心室显著肥厚[30]。右心室质量指数>59 g/m2是自发性PAH死亡的预测因子[7]。心室质量指数为右心室质量与左心室质量的比率。Saba等[31]发现，与超声测量比较，CMR测得的心室质量指数与有创平均肺动脉压有更好的相关性，可以作为PAH更好的预测工具，在研究中，心室质量指数0.6对于PAH灵敏度为84%，特异度为71%，而超声是89%和57%。然而，心室质量指数作为诊断工具的应用价值不被其他研究所支持，在一项大型研究中，Roeleveld等[18]发现心室质量指数>0.6导致20%的假阴性率。右心室质量的预后价值有限。推测右心室质量增加的原因有两种可能，其一是由于右心室扩张，这时右心室质量是预后不良的标志；其二是向心性肥厚，这代表了右心室对于增加的后负荷的成功适应。

5 存在的问题

CMR的应用研究大多来自单中心，而且缺乏一套统一的标准方法。例如，右心室每搏量与PAH预后密切相关，每搏量的改变预示着治疗效果的改变，准确计算每搏量显得非常重要。然而，在不同的研究中，右心室每搏量是用不同的方法计算而来的[7,32]。Mauritz等[25]以右心导管测得的每搏量作为标准，比较了3种方法(肺动脉血流、右心室容积、左心室容积)计算出的每搏量，只有由左心室容积与右心导管测得的每搏量显示良好的相关性(R2=0.91，P<0.001)。CMR测定右心室每搏量应该基于左心室容积。另外，CMR在动态测量上比不上超声心动图。与超声心动图相比，CMR还没有得到广泛应用，而且费用更加昂贵。一些患者体内的金属物品(如起搏器、动脉瘤夹)等也限制了CMR的使用[12]。

6 展 望

目前对于PAH患者的右心室功能的评价越来越受到临床的重视。而CMR在评价PAH患者右心室功能方面具有以下独特的优势而备受关注：安全、无创、无放射性，对人体无害，对心功能无影响，可重复进行；受操作者主观因素的影响较小；分辨率高，三维成像；既可以评估右心解剖学特征，也可以用于评估功能学参数。今后应该继续整合应用于CMR的各项技术和方法，建立统一而标准的操作流程和评价体系，同时应加强专业人员培训。可以预计未来CMR单独应用或联合超声心动图，必将成为评估PAH患者右心功能状态及评价治疗反应的重要无创手段。

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