无创影像学检查方法在先天性心脏病右心室功能评估中的应用

郭张科综述，李晓峰审校

很多先天性心脏病（先心病）病变都会累及右心室，尽管先先心病手术使得生命得以延续，但是患者右心室的病变有可能一直存在或加重，早期发现，早期干预，可大大降低右心衰竭的发生。然而医学上对于右心室的关注度一直未得到重视，直到2006年美国国立心、肺、血液病研究所才将右心室的生理功能纳入优先研究领域[1]。准确的评估右心室功能，对于先心病患儿手术时间点的把握以及术后的随访等均十分重要。在过去数十年间，出现了很多种无创右心室影像学检查手段，包括心脏磁共振（CMR），心脏彩超，心脏计算机断层摄影术（CT）等。每一种检查方法都有其优点和不足。

1 心脏磁共振在右心室功能评估中的应用

自上世纪80年代开始， CMR应用于临床以来，其显像技术飞速发展，凭借高软组织分辨率、时间分辨率以及大视野、无死角的特点，已经成为评估心功能的主要手段[2，3]。由于右心室复杂的解剖结构，使得精确评估右心室功能是比较困难的。二维超声心动图对于右心室容积的测定一直都是低估的，不能很好地评估右心室功能[4]。对于法乐四联症（TOF）等右心室受累的术后患者，右心室可能长期暴露于反流血液造成的增大的容量负荷之中，导致进行性的右心室扩张，使其发生心律失常及猝死的风险明显增加[5]，而右心室容积及右心室收缩功能往往提示患者预后情况，指导治疗，例如肺动脉瓣置换的时机[6]，CMR对于此类右心室受累先心病心脏功能的评估有其先进性。

心脏磁共振电影成像技术：CMR电影序列是目前评价右心功能的最常用序列。通过电影序列，将心室从三尖瓣瓣环至心尖分层扫描，得到心肌在不同时像的运动图像，可以整体评估右心室心肌的宏观舒缩能力。利用处理软件对所采集的心脏电影序列进行分析。以短轴分析为例：分析时将同一层面最大右心室心腔面积确定为舒张末期图像，最小时的右心室心室心腔面积确定为收缩末期图像，从三尖瓣层面至心尖层面由软件自动逐层勾画出右心室心内膜、心外膜轮廓，然后使用手动方式加以修正。 将右心室心肌运动的每个时像的心内膜勾画出来，软件分析后可以得到右心室舒张容积曲线及舒张功能参数。主要的研究参数有舒张末期容积、收缩末期容积、左心室射血分数、最大充盈率及末期充盈率等，输入患者身高、体重，软件会计算出体表面积加权后的数值，使这些参数更加具体。目前，对于左心室的心功能评价除短轴法，还有长轴法，而对于解剖形态相对不规则的右心室，一般利用短轴法[7]。李雯等[8]对38例特发性或遗传性肺动脉高压患者，通过利用CMR测得右心室最大射血速度时间 / 心动周期（TPER/TCC）来反应右心室功能，Kaplan-Meier 生存分析显示，TPER/TCC ≥ 20.02 %与主要终点事件显著相关（log rank，P=0.005） 。且通过CMR测得右心室最大射血速度（PER）与CMR测得右心室射血分数（RVEF，r=0.375，P=0.024）以及右心室心指数（RVCI，r=0.698，P＜0.001）均显著相关，可以认为CMR检测的右心室 TPER/TCC 可作为反映右心室早期收缩功能的无创性指标。

CMR评价心功能是依据辛普森原理（即任意形状物体的体积等于一定层厚的切面体积之和），依据此原理能够获得极为可靠的心腔信息，即使是心腔明显变形或者是不规则的右心室，也可以准确评估[7]。2010年心血管磁共振专家共识解读[9]中也明确指出，CMR应作为无创评估心脏结构和功能的金标准,然而，CMR费用较高，检查时间长，对镇静要求高，因而开展并不广泛。但不可否认的是，就先心病患者来说，CMR对于右心室结构和功能上的评价有其独有的优势[10]，其“金标准”的地位在业内也已达成共识。目前，对于评估右心室功能的其他无创影像学检查方法，均以CMR测得的右心室功能参数作为参考标准，与之进行相关性的对比。

2 超声心动图在右心室功能评估中的应用

超声心动图在右心室收缩功能的评价可较大程度地保证质量，通过在四腔心层面上，视觉评估三尖瓣环的纵向运动，以及右心室游离壁和心尖部的内向运动。但在对于右心室功能的定量评估上，此类方法与CMR相比局限性很大[11]。2010年由美国超声心动图学会发布的一项成人右心超声心动图评估指南[12]中提出了成人的超声心动图定量评估右心室功能的标准，即二维容积和非容积法评估右心室功能的标准，使得超声心动图医师在右心室容积测量的能力得到了革命性的提升。我们回顾其中一些参数的应用，其与MRI相比均有较好的相关性。

2.1 右心室形状

右心室的几何形状与左心室相比要复杂的多，右心室环绕左心室，形似新月，由三部分组成：流入道，包含右心室主体和心尖的小梁部，以及通常没有小梁的流出道（或漏斗部），其复杂的几何形态限制了二维超声心动图对右心室容积的测定。尽管二维超声心动图应用广泛，单纯的二维线性超声心动图与CMR在右心室的评估上相关性并不好[13]。

对于较常使用的二维超声心动图，Greutmann等[14]制作了简单的数学模型，利用二维超声心动图在心尖四腔心切面测得的右心室面积/体表面积（AreaDi） [CMR 右心室舒张末期容积指数（RVEDVi） = 11.5 + [7×体表面积]，表明应用超声来定量评价RVEDVi是可行的，并且与CMR测得的成人TOF患者术后的RVEDVi具有强相关性。其中有8%的患者显示没能收集到较好的声窗，重要的是，在以CMR RVEDVi为基线进行对比的过程中发现，二维超声心动图的计算结果有时较CMR测得数值偏高，有时偏低，但在之后的随访研究中，二维超声心动图仍能展现出相同程度的偏高或偏低，表示超声心动图可以用作右心室功能的随访，从经济角度考虑，可以使需要常规行CMR的患者对CMR的检查间隔增加。Jorstig等[15]将右心室看作椭圆形的一部分，来制作便于计算右心室容积的模型，利用经胸廓二维超声心动图测得25例患者的右心室射血分数（RVEF），与CMR测得的RVEF对比，相关性较高（r=0.80，P＜0.001）。

三维超声心动图的应用使得右心室的容积通过超声心动图技术获得更为精确的评估，右心室舒张末期容积与其收缩末期容积的误差更小，和二维超声心动图相比，每次检测到右心室容积变化的精细程度也更为显著。在先心病患者右心室评估的一项研究中显示，三维超声心动图不管在儿童还是成人，其测得数值与CMR测得相比具有明显的相关性[16]。Grewal等[17]表示，三维超声心动图在TOF术后以及严重肺动脉反流的成人患者中，对右心室的评估同CMR相比具有较高的相关性， 其中25例患者，不论从收缩末期容积还是舒张末期容积，三维超声心动图同CMR之间均有较强的相关性。van der Zwaan等[18]，得出类似结论，在先心病术后成年患者心脏舒张末期容积的评估中，三维超声心动图与CMR有较好的相关性（r=0.93）。尽管三维超声心动图有其同二维超声心动图相比的优势，但其也有较为显著的局限性[19]，包括（1）高质量的容积描记很耗费时间；（2）不理想的图像有可能导致数据收集不全，从而降低了在某些患者施行检查的可行性；（3）对检查医师的依赖性较强，需要特殊的后处理软件且需要专门培训。

2.2 右心室的面积变化分数和三维超声心动图测得的右心室射血分数（3DRVEF）

右心室的面积变化分数是一个简单测量右心室收缩功能的方法，但只包括右心室主体和心尖部[20]。面积变化分数与CMR测得的RVEF相比在正常人群中具有良好的相关性（r=0.8），然而在先心病的患者人群中相关性并不理想[21]。就右心室复杂的几何形态来说，3DRVEF可以对RVEF提供更为精确的评估[22]，最近一项研究对30例TOF患者的3DRVEF与CMR测得的RVEF相比有很好的相关性（r=0.93；P＜0.001）。

2.3 三尖瓣环平面收缩期偏移（TAPSE）

右心室收缩模式同左心室相比并不相同，右心室的收缩主要依赖其长轴的缩短，而左心室则是环形缩窄。TAPSE是在标准四腔心层面沿右心室长轴通过测量收缩期右心室环面收缩的距离来评估右心室在其长轴上的功能。重要的是，当右心室收缩功能的其他指标可通过正常人群中得到时，TAPSE则是唯一用来预测远期生存的右心室功能参数[23]。TAPSE的优点有：简单，对于图像质量依赖性小，可重复性好，用二维心脏彩超就可以达到目的，且不需要复杂的设备和后处理软件。目前美国超声心动图学会发布的指南推荐常规应用这一简单方法来评估右心室功能，其标准为TAPSE＜16 mm则认为已有相应心功能损害[10]。最近一项研究发现，在有肺动脉高压或右心室容量负荷增大的TOF患者中，TAPSE同CMR 测得的 RVEF 的相关性很好（0.81和 0.65；P＜0.001）[22]，表明TAPSE在压力和容量负荷过重的先心病的患者中同样适用。

2.4 基于多普勒效应的方法

组织多普勒成像技术（TDI）：TDI可以观察整体或局部心肌的收缩和舒张功能[24]。心肌收缩速度可以在心动周期中测量出来，在心肌的不同区域、不同时相分别测得心肌组织多普勒速度，从而评估局部心肌的功能。TDI可以在同一心动周期中同步展示出不同部位心肌的组织多普勒速度。有研究表明，在健康部位TDI对右心室功能评估是可行的，通过彩色TDI测量三尖瓣环、右心室游离壁的基底部、中部以及心尖部的局部组织速度[25]。脉冲TDI下在三尖瓣环周围测得的右心室心肌收缩速度最大值为S’。在一项研究中，CMR测得RVEF＜50%, 由TDI测得的S’＜11 cm/s[26]，另一项研究S’＜8.8 cm/s预测得RVEF＜45%[27]。TDI的优势在于其不依赖于心腔形态学的几何假设。重要的是，TDI在某些患者身上发现右心室损害，而通过其他超声心动图参数测得该患者右心功能完全正常。一项关于40例成年TOF术后患者的评估中，右心室早期舒张速率减低似乎可以提示早期异常，且这一现象常与心律失常事件发生相关，这对于以后心功能的危险分级或许有帮助[28]。TDI的局限性在于在不同负荷情况下其测得的速率可信度不确切，对检查角度依赖性强，以及其用一个局部的功能来代表整个右心室功能假说的合理性，目前仍缺乏文献支持。

2.5 心肌做工指数（MPI）

MPI是另一种测量右心室收缩和舒张功能的方法，基于心脏射血期与非射血期的关系。主要测量心室等容舒张期+等容收缩期时间/心室射血期时间（IVRT+IVCT/ET）的比率[29]。当心室功能受损时，这一比率增加。在一项对于200多例右心功能不全的患者的研究中，当MPI＞0.50时所代表右心室功能受损情况，同CMR测得的RVEF≤30%所代表的右心功能受损情况具有良好的相关性（敏感度95%，特异度85%）[26]。侧面反映该方法在患有先心病患者人群中右心室功能评价是一个有用的指标[30]。TDI-MPI同传统的MPI不同之处在于它能够在单个心动周期中测量，从而提高准确性。这一方法曾经用于MPI同CMR测得的RVEF线性相关性差的TOF术后患者右心功能的评价中（r=0.73；P＜0.001）[31]。MPI的优势在于：其不依赖于心室的几何形态，被检查患者组间和组内变异率均不高，大多患者能够实施该检查，可重复性好。缺点包括：该方法对心室负荷有依赖性，在有心房颤动和右房压力升高的患者中可信度低等。

2.6 应变率

应变率表示心肌随时间变形的应变速率。在体外和体内实验条件下，应变率与心肌收缩力密切相关。在心室长轴心脏收缩峰值，应变率或许会在RVEF变化之前发生，表明在心室长轴心肌收缩峰值时，对应变率的测量或许是提示心功能不全的一个早期指标[32]。超声心动图斑点追踪应变分析在右心室功能退化的测量中是一个敏感性较高的方法，通过斑点追踪超声心动图技术得到的游离室壁的应力同CMR测得的RVEF相比有相关性[33]。该方法的优点在于不依赖于心室负荷状态，且能够应用于广泛的病理状态。缺点在于需要专门的分析软件、缺乏大数据、测量复杂、变异率高等。角度依赖性是基于多普勒效应检测方法的一个共同问题，但斑点追踪不存在该问题。

2.7 运动状态下的右心室功能评价

有研究表明，运动能力同先心病患者的预后有很强的相关性[34，35]。但是不论是CMR还是超声心动图，先心病患者在剧烈运动下测得的右心室舒缩功能相关数据均鲜有报道，这将来可能会是一个热门研究领域。

3 小结

对于累及右心室的先心病术后的患者需要持续监测其右心功能变化，来决定是否需要再次干预。CMR依赖其良好的空间展示能力和极高的可重复性，在复杂先心病解剖和心室功能的诊断评估上被誉为“金标准”。而超声心动图则是应用最广泛的无创影像学检查方法，不论是在常规诊断，还是术后随访，均扮演极其重要的角色。但是由于声窗的局限性，图像质量有可能受到影响，从而在评估右心室功能时敏感性会下降。传统的利用超声心动图来评估右心室功能的方法明显无法满足先心病术后需要持续随访的需要。正如以上所讨论，近些年来涌现出的新的超声心动图检测方法明显提高了对右心室功能评估的准确性，提高了与CMR测得的RVEF的相关程度。在对于右心室病变或存在心功能不全风险的患者，最好在就诊初期同时行超声心动图和CMR检查，明确二项检查的相关程度及明确病变的解剖改变，在需要长期随访的患者中可以利用超声心动图中的一些右心室功能参数进行评估，但当怀疑发生明显病变时，及时再行CMR进行确认。合理的应用超声心动图右心室功能参数与CMR测得RVEF的相关性或可以使需要连续行CMR检查患者的检查费用最小化；通过这两种检查方法的优势互补，使得医疗资源利用的最大化。