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[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。現(xiàn)就CMR評(píng)估PH的研究進(jìn)展予以綜述。
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。
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]。
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,基線時(shí)右心室游離壁T1值>1 404 ms與1年后隨訪時(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。
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]。
人工智能指計(jì)算機(jī)通過模擬人的思維,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€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)定的問題才能真正投入到臨床應(yīng)用中。
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。
國(guó)際醫(yī)學(xué)放射學(xué)雜志2022年6期