慢性阻塞性肺疾病病人右心室功能改变的影像学研究进展

黄月薇 黄小华 陈小菊*

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是常见的呼吸系统疾病，发病率及病死率较高[1-2]。COPD 主要表现为慢性支气管炎及肺气肿的病理变化，这些病理变化导致肺的通气及换气功能出现不同程度的障碍，继而肺血管异构，心脏负荷加重，导致右心功能下降。心血管疾病是COPD 病人常见的并发症，右心室失代偿后常可引发右心功能衰竭，明显增加心脏猝死率[3]。由于右心室功能指数对心肌梗死、扩张型心肌病和慢性心力衰竭病人的长期生存有额外的预测价值[4]，因此及时、准确、无创评估右心室功能改变，对临床制定治疗决策及改善病人预后具有重要意义。目前,临床上常用超声心动图、CT、心脏MR 成像、放射性核素检查等影像技术评估右心室功能改变，但其各有优劣。本文就COPD 导致右心室功能改变的机制以及各种影像检查方法的应用进展及其特点进行综述，旨在为临床提供最优化、个性化的影像检查选择方案。

1 COPD 所致右心室功能改变的机制

COPD 所致右心室功能改变的具体发病机制尚不明确。目前普遍认为与低氧及炎症导致肺血管收缩和内皮功能紊乱引起的肺血管重建密切相关，其特征为平滑肌细胞异常增殖及肥大，细胞外基质增多，引起肺动脉管壁增厚及管腔狭窄，血管阻力增高。肺血管重建引起肺循环、右心室功能的改变。

1.1 肺血管重建 低氧状态下，内皮细胞受损，内皮舒张因子减少，血管活性物质过度分泌；肺动脉平滑肌细胞凋亡与增殖失衡，无肌型动脉肌化，细胞外基质沉积[5]；肺动脉钾离子通道开放减少，膜电位降低[6]，造成肺动脉收缩，管壁增厚，血管阻力增加，引起血管重建。炎症状态下，炎症细胞激活，炎症因子异常表达，两者相互作用引起内皮细胞损伤，同时炎症细胞侵袭肺实质及肺小血管，破坏肺组织的正常结构，诱导肺血管收缩[7]。除低氧与炎症因素外，非炎症引起的气道重塑、原位血栓形成、过度充气、红细胞增多症和肺动脉僵硬等也是影响肺血管重建的重要因素。非炎症引起的气道重塑使小气道阻力增加，气流受限，加重缺氧，引起肺动脉压力升高；原位血栓形成，一方面减少了可利用的肺血管，另一方面血小板释放生长因子，促进了肺动脉平滑肌细胞的迁移和增殖[8]；过度充气，降低胸内容积和心脏充盈压力，呼气血流受限，影响肺血流动力学[9]；红细胞增多症导致肺血管张力的改变[10]；肺动脉僵硬程度的增加对平均肺动脉压变化的影响大于周围血管阻力，可作为将来评价肺功能障碍的生物标志物[11]。

1.2 右心室功能改变 肺血管重建促使肺动脉压升高及右心后负荷增加，早期右心室代偿性肥大，舒张功能降低，收缩功能增强，以增加心肌收缩力，维持心排血量[12]，此时心肌质量增加，肺动脉主干内径未见明显变化，射血分数保持相对稳定。随着COPD的进展，肺动脉压持续升高（超过右心室代偿能力），肺动脉主干内径增宽；右心室进行性增大，壁增厚，等容收缩时间延长，射血时间缩短，协调性及同步性变差[13-14]，整体功能降低。右心室射血分数在轻、中度肺动脉高压中可表现为升高，在重度肺动脉高压中则表现为降低[15]；而心肌质量则随COPD病人病情严重程度加重而呈递增状态[16]。Hilde 等[17]通过测量右心室等容加速度、峰值收缩应变、心肌性能指数等指标发现，没有肺动脉高压的COPD 病人也存在右心室肥大、扩张和收缩功能降低。

2 COPD 右心室功能改变的影像学研究进展

2.1 胸部普通X 线检查 胸部普通X 线检查仅能显示心脏形态及部分病变，无法对心肌及心功能进行评价，因而较少用于COPD 右心室功能的研究。在X 线引导下进行的右心导管检查术是诊断肺动脉高压的金标准[18]，能够直接测量肺动脉压力，同时还能评价血流动力学指标；进行急性血管扩张试验，根据不同腔室血管的压力和血氧测定获得肺血管阻力和右心排血量等指标。右心导管检查术对于COPD 引起右心室功能改变的诊断、治疗选择及预后评估具有重要意义，但因其属有创性检查，会对心肺功能不全病人造成不良影响，也不利于反复检查及随访，现已逐步被超声心动图、CT 和MRI 等方法替代。

2.2 超声心动检查 经胸超声心动检查是目前评估COPD 右心室功能的最佳初始方法，以三尖瓣反流速度、右室射血分数等作为重要指标，并可以提供右心室容积、功能和解剖细节，以及测得血流的方向、速度和分布。此外，超声心动图二维斑点追踪技术可直接测量心肌做功指数，即Tei 指数。Tei 指数随右心室功能降低而增加，比传统超声心动图参数更加敏感，但二维斑点追踪技术目前仅可用于四腔心层面心尖部，并受限于心动周期中的形态变化，以及由于斑点的平面外运动和右心室壁较薄而难以追踪[19]，尚需进一步研究。

近年出现的实时三维超声心动图（real-time 3D echocardiography，RT-3DE）可以克服上述局限性。RT-3DE 不再基于几何假设，对右心室功能及容积定量较二维超声心动图更为精准。刘等[20]利用RT-3DE和MRI 对COPD 病人右心室功能进行分析，RT-3DE 和MRI 测得右心室收缩末期容积（end-systolic volume，ESV）、舒张末期容积（end-diastolic volume，EDV）、每搏输出量（stroke volume，SV）和右心室射血分数（right ventricular ejection fractions，RVEF）的差异无统计学意义，2 种成像方法评价COPD 病人右心室功能的相关性较高（ESV、EDV、SV 和RVEF的 r 值分别为 0.896、0.924、0.754 和 0.616）。但是，重度肺动脉高压病人右心室容积增大明显，RT-3DE 获取影像质量往往不佳，成像分析时ESV 和EDV 可能被低估，从而影响后期评价[21]；另外，RT-3DE 成本高、耗时长，对影像质量要求较高，受不规则心律影响较大。此外，超声心动检查对大多数的右心室功能评估是在静息状态下进行的，对负荷状态下的右心功能评估仍处于探索阶段[22]。

常规超声心动检查具有操作方便、检查费用低、无辐射等优点，在筛查和随访COPD 右心室功能改变中发挥着重要作用，尤其对重症住院病人方便易行[23]，但其结果与操作者手法及主观判断能力密切相关，同时对声窗的要求较高，成像质量影响因素也较多，尤其由于COPD 病人的肺组织含气量大，使得右心室超声心动图影像质量受到影响；另外还受到心脏运动、呼吸变化、体型等限制[24]。由于常规经胸心动图检查有其局限性，目前成人右心超声心动图评估指南建议，应至少使用2 次经胸心动图检查，采用多种定量方法评估右心室功能[25]。随着Tei 指数、彩色室壁运动分析、应变率成像、声学定量等新技术的进一步发展，这些受限情况有望改善。

2.3 心脏CT CT 技术的进步使心脏和肺血管系统的成像得到了改善。除辐射损伤外，心脏CT 能安全、直观、动态地检测到超声心动图所能得到的右心室数据。CT 扫描影像稳定、速度快、分辨力较高，而且观察者间的主观性偏差较少，因此在评价右心功能方面更客观、准确。

目前，广泛应用的多层螺旋CT（MSCT）技术通过螺旋式容积采集获得连续性层面信息，可以完成任意平面的图像重组，通过三维容积成像完成三维再现，立体直观地显示心脏与血管的空间关系及血管的异常改变[26]。应用MSCT 对肺动脉直径、心室内径等数据进行测量分析，可准确定量评价COPD 病人肺动脉高压严重程度和右心室功能。一项对46例COPD 病人的右心室功能MSCT 和MRI 研究[27]发现，MSCT 测得RVEF 和心肌质量与COPD 病人病情严重程度密切相关，并且MSCT 与MRI 在右心室功能评价上有很强的相关性（心肌质量：r=0.826，EDV：r=0.982，ESV：r=0.969，RVEF：r=0.899）。但是，MSCT 对心肌代谢及灌注评价的特异性和敏感性不高，对小血管的管径及狭窄程度的评估存在局限性。此外，MSCT 技术需通过适度提高辐射剂量来降低噪声，以此提高影像的密度分辨力。为了尽量避免辐射剂量对人体的生物效应，可通过调整迭代算法、智能管电压及管电流技术以及螺距、球管转速、管电压、管电流等参数的调节来降低辐射剂量[28]。

有研究[29]表明MSCT 扫描能准确评估右心室功能，且与MRI 评估右心室功能的差异无统计学意义。但是，CT 相比 MRI 对 EDV 和 ESV 的估计偏高，对 RVEF 和 SV 的估计偏低[4，30]，可能是由于在心血管和冠状动脉CT 扫描前使用了β 阻滞剂，因而在减慢心率和限制心脏运动的同时产生了伪影，直接影响到心室功能的评估[30]；另一原因是不同的对比剂注射方案也会对右心室的强化产生影响，导致心内膜的定位不准确而影响评估准确性[4]。虽然CT 自动分割技术能准确、快速地评估心脏功能，但相比MRI，CT 对右室自动分割的准确性尚不清楚[4]。

能谱CT 血管成像测量肺灌注缺损容积 (灌注缺损体积/肺总容量)是预测右心室功能障碍肺栓塞不良结局的重要指标[31-32]，但目前尚未见能谱CT 对COPD 右心室功能评估的研究报道。能谱CT 相比MSCT 对于评价冠状动脉及其分支小动脉狭窄和心肌缺血具有更高的敏感性和特异性[33]，还可有效减少X 线束硬化伪影，获取更高影像质量[34]。能谱CT因其更高的时间分辨力及心电图形波自适应统计迭代剂量控制，不仅最大程度地降低了心脏扫描中的辐射剂量，而且提高了高质量影像的采样速率[35]，对COPD右心室功能评估，尤其对合并心肌疾病及肺血管异常的COPD 的应用有非常广阔的前景。

综上，MSCT 成像速度快、空间分辨力高，可“一站式”评估右心室功能及其相应指标。MSCT 检查时不受体位影响，指标测量基本上不受钙化影响，可以同时评估右心室功能、冠状动脉及肺部病变，有助于确定由肺部疾病引起的右心室功能障碍的病因，尤其适于无法通过反复屏气而在仰卧位状态接受较长时间检查的COPD 病人。但是，MSCT 存在辐射损伤和对比剂使用风险，而且其时间分辨力和软组织分辨力不如心脏磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）成像高，受心率影响可低估RVEF 和SV 值。能谱CT 成像有望为右心室功能不全病人提供心肌和肺灌注评估的功能信息。

2.4 CMR 成像 CMR 成像是目前评估心脏功能的金标准[36]，具有无创、无辐射、良好的软组织对比度、高时间及空间分辨力、干扰因素较少等特点。多方位、大视野成像显示心脏及其相关细微结构更加直观、准确；多参数计算获取信息更加全面，可结合多种成像方法对右心室功能进行精准评估。

传统黑白血技术主要观察右心室大小、室壁厚度等形态学指标。MR 心肌应变（myocardial strain，MS）成像可在心室射血分数和心室壁运动明显异常之前显示心肌功能改变，从而早期发现COPD 病人心肌异常。Lu 等[37]研究表明，肺动脉高压病人右心室纵向应变与RVEF 相关性好，是预测右室功能障碍的良好指标。CMR 钆延迟强化（late gadolinium enhancement，LGE）可识别心肌纤维化程度及瘢痕形成，明确心肌缺血情况和心肌损伤[38]。T1mapping和细胞外容积（extracellular volume，ECV）分数则可进一步定量测量心肌纤维化，评估纤维化程度。Garcíaálvarez 等[39]通过对慢性肺动脉高压猪实验模型的研究发现，实验组T1值和ECV 分数值均明显高于对照组，与肺血流动力学、右心室功能显著相关，并且ECV 分数值的增加早于明显的右心室收缩功能障碍，可早期发现慢性肺动脉高压心肌受累情况。MR灌注成像能早期发现心肌代谢和灌注改变，评价心脏微循环情况，反映心脏整体和局部功能[40]。有研究[41]表明，MR 灌注成像对心肌缺血的评价比CT 更敏感，其敏感度为86.5%，特异度为83.4%，阳性预测值77.2%，阴性预测值71.4%。随着相位对比MR成像多维度编码的4D 流速测量（4D flow）技术的逐步应用，不仅能够同时显示血管解剖结构及血流方向、速度等参数，还能计算脉搏波传导速度[42]、壁面剪应力[43]等重要参数，使心脏运动血流特征及血流动力学的检测更加精准，尤其是对于右室反流或分流的评价。

CMR 成像扫描时间长，需反复屏气。近年出现的MR 三维容积电影成像采集时间短，单次屏气即能获取心脏全容积的电影成像[44]，可有效解决COPD病人因屏气困难而难以获取影像的问题。Johns 等[45]研究发现，在预后评估方面，CMR 成像与右心导管检查术效能相当；但是，CMR 成像的成像时间长、费用较高，尤其禁忌对体内装有起搏器和金属植入物以及患有幽闭恐惧症病人的检查。

总之，CMR 成像具有可多参数、多维度成像，无辐射损伤，高时间和组织分辨力等优点，传统黑白血技术、心肌应变成像、LGE、T1mapping、ECV 分数、4D flow 等新技术有利于测定右心室整体/节段形态学及功能指标，分析心肌应力，评价右室血流特征、心肌缺血或心肌纤维化程度，但评价一致性欠佳，尚需在心血管扫描及后处理方案标准化等方面进一步研究。

2.5 放射性核素检查 放射性核素检查一般用于评价心脏功能以及心肌灌注和代谢改变情况。核素心室显像可直接显示心室腔的形状、大小和运动情况，同时可计算心室整体及局部功能，较少受到心室形态改变的影响。核素心肌灌注显像能同时显示血流和代谢改变。陈等[14]研究显示核素心血池显像技术还可用于评估右心室的同步性，间接反映右心室功能。放射性核素心血管造影是测量右心室功能的重要方法，但该方法提供的解剖信息有限，而且心律失常、右心房与右心室造影剂分界不清、观察者需手动绘制右心室轮廓等因素均可造成右心室功能评估误差[46-47]。此外，放射性核素检查存在电离辐射，分辨力较低，对于心脏细微解剖结构的显示不如CT 和MRI，因而较少在临床应用。PET/CT 或PET/MRI 对心肌变化具有较高的敏感性，主要用于评价心肌灌注与活性，并在评估斑块性质、冠状动脉定量分析、心肌重构等方面具有一定优势[48]，但因其检查费用昂贵，未在临床广泛应用。

3 小结

COPD 可致右心室不同程度扩张、肥厚及功能障碍。精准评估右心室功能改变已成为国内外医学影像研究的热点。右心导管检查术、RT-3DE、MSCT、CMR 成像及 PET/CT、PET/MRI 在心脏功能评估中各有优势。右心导管检查术可动态显示右心室并进行压力测定，但有创、耗时。RT-3DE 不受心腔几何形态的影响，能精准定量右心室容积及功能，但存在获取数据的局限性及操作者间的差异性，不能早期全面监测右心室情况，有待彩色室壁运动分析、应变率成像、声学定量和Tei 指数等新技术的深入研究与应用。MSCT 空间分辨力较高，能定量评价COPD 肺动脉高压严重程度和右心室功能改变，能谱CT 将成为研究COPD 右心室功能改变的新方向。CMR 成像是评价右心室功能的金标准，多模态成像利于右心室多项指标的定量或半定量评价，但缺乏一致性，尚需在右心室成像及后处理方案标准化方面进行深入研究。

综上所述，CT 和CMR 成像均能直观、动态地反映右心室及其相关细小结构的改变，“一站式”地获取右心室功能和运动变化，但CMR 成像较CT 能更早、更精准地发现COPD 右心室功能改变。随着对COPD 导致右心室功能改变的研究不断深入以及多种影像检查方法的结合，特别是PET/CT 与PET/CMR 的应用，必将为右心室功能评估提供新的方向。