慢性阻塞性肺疾病右心室功能影像方法研究进展

唐　翎　李春平*

慢性阻塞性肺疾病右心室功能影像方法研究进展

唐翎1李春平2*

右心室功能的准确评估对慢性阻塞性肺疾病（COPD）的临床诊断及治疗至关重要。鉴于右心室几何形状复杂，传统影像检查方法对于其功能评价的准确性受到制约。近年来随着超声心动图组织多普勒成像(TDI)及应变率成像（SRI）技术的临床应用，多层螺旋CT时间分辨率提高及对比剂注射方案的优化，CMRI电影及相位对比技术的发展，放射性核素的各种新技术在心脏形态和功能评价中取得突破，使得影像技术客观、准确、定量地评估COPD病人右心室功能成为可能。

慢性阻塞性肺疾病;右心室功能;超声心动图；体层摄影术，X线计算机；磁共振成像

Int J Med Radiol，2016，39（5）：523-526

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）的发生和发展常伴随病人右心室（right ventricular,RV）功能的变化，RV功能不全对COPD病人的临床症状、治疗方案、病情预后及死亡率存在负面影响[1-2]。因此，RV的功能评估对COPD病人具有重要的临床意义。然而，鉴于RV几何形态的复杂性和解剖位置的特殊性，以往各种评估RV功能的技术都存在不同程度的局限性。近年来随着超声心动图（ultrasound cardiogram，UCG）、多层螺旋CT（multi-detectorcomputedtomography，MDCT）、心脏MR成像（cardiacmagneticresonanceimaging,CMRI）及放射性核素各种新技术的不断发展，多年来被忽视的RV功能评价已逐渐成为影像研究的热点。本文就上述影像方法在COPD病人RV功能评价方面的应用进展予以综述。

1　UCG

UCG可方便、快速且无创地对病人进行检查，从而成为评估COPD病人RV功能的临床一线成像方法。但由于RV复杂的几何形状以及窄声窗限制，常导致常规UCG成像质量不佳[3-4]。而近年来UCG新技术发展迅速，组织多普勒成像（tissue Doppler imaging，TDI），应变率成像（strainrateimaging，SRI）技术及实时三维超声心动图（real-time three-dimensionalechocardiography，RT-3DE）等可克服RV形态结构所带来的限制，使准确、量化评估RV功能成为可能。

1.1TDI TDI将高速低振幅的血流频谱滤过，并保留低速高振幅的组织频谱，可直接通过测量心肌运动速度对RV收缩和舒张功能进行定量评估[5-6]。TDI及其衍生的用于评估RV的主要参数包括：三尖瓣环状收缩期位移（tricuspid annular plane systolic excursion,TAPSE）、三尖瓣环收缩期峰值速度、等容收缩期等容加速度、心肌性能指数（Tei指数）。

TAPSE用于RV功能评估于1984年由Kaul等[7]首次提出，随后Kjaergaard等[8]的研究显示TAPSE评估的RV收缩功能降低与右心功能衰竭病人的死亡率增加有关，TAPSE截止值为14 mm，可作为预测右心功能衰竭病人死亡率的一项有意义指标。三尖瓣环状收缩期峰值速度和等容收缩期等容加速度均是由TDI衍生而来用于评估RV收缩能力的功能指数，而后者被Tayyareci等视作可早期确定COPD病人亚临床RV收缩功能障碍的可靠参数，如COPD病人RV心肌收缩速度的降低，则常提示其收缩功能受损[9-10]。而对于整体RV的功能分析，目前可用Tei指数来评价。Tei指数不受心率、负荷条件和三尖瓣关闭不全的影响，使其可作为COPD病人的独立预后因素[3,11]。

1.2SRISRI用于显示单位时间内局部心肌的速度变化，可利用TDI数据通过计算速度梯度来估计。SRI在用于评估COPD病人RV功能时可在低质量的二维影像上进行测量，并比传统UCG参数更敏感；此外，与其他基于超声的整体RV功能定量的方法相比，SRI可潜在地对RV的每个节段纵向收缩和舒张功能进行量化[12]。但SRI易受噪声和帧频因素的影响，且有角度依赖性，对心尖部的收缩功能评价尚具有争议[12-13]。

1.3RT-3DE RT-3DE在计算RV容积和右心室射血分数（right ventricular ejection fractions,RVEF）方面有广阔的应用前景。利用RT-3DE评估COPD病人RV功能，其主要优点是容积分析并不依赖于二维超声心动图中的几何假设，并可直观了解心脏各结构与周围大血管关系。有研究[14-15]证实RT-3DE所测的容积及功能参数与CMRI所测得的相应指标相关性良好。但RT-3DE仍受限于人体声窗及病人呼吸运动，有可能会低估RV容量。此外，因右室流出道位置靠前和近场伪影遮蔽的影响，常导致右室流出道的三维数据很难获得。

2　MDCT

单次屏气MDCT扫描即可完成各向同性容积数据的采集。其中64层MDCT具有的亚秒球管旋转时间和亚毫米Z轴分辨率，可大幅减少影像采集时间和噪声，并提高影像时间分辨率，联合运用心电门控技术和专业的心功能分析软件，使CT在无创性评价心血管疾病方面得到了广泛临床应用[16-17]。通过优化对比剂注射方案，可使RV获得良好的组织对比度，并能有效减少上腔静脉的硬射伪影，从而实现对RV功能准确评估[18]。Utsunomiya等[19]的研究中使用对比剂之后的对比剂-生理盐水混合物双相注射被视为RV功能分析的最佳对比剂注射方案。而后Gao等[17]使用64层MDCT多相双流速对比剂-生理盐水混合液注射技术为COPD和肺心病病人的RV功能和质量做出了准确分析。

MDCT所使用的螺旋扫描技术，可使图像数据连续地在整个心动周期中获得。因此，舒张末期和收缩末期图像均可从相同的MDCT数据中进行重建得到，无须进行额外扫描。与其他成像技术相比，MDCT联合心电门控技术可有效地提供RV整体功能的可靠评估[20]。Koch等[21]研究证实，由16层CT多平面重组测得的容积参数和右室每搏输出量（right ventricularstroke volume,RVSV）与CMRI测量的参数值相关性较良好。此外，一些研究结果表明，通过心脏MDCT测得的RV质量与由肺功能试验（pulmonary function test,PFT）确定的COPD疾病的严重程度有关，并在重度COPD病人中平均RVEF比轻或中度COPD病人显著降低[2]。

MDCT不仅可以运用多种定量或定性指标评价COPD病人RV功能，同时还可提供额外的肺部信息。如肺气肿百分比的增加会加大COPD病人合并肺动脉高压或RV功能不全的可能性[22-23]。

尽管心脏MDCT可用于评估COPD病人RV容积、功能及心肌质量，但它在常规临床应用中仍存在某些不足。由于COPD病人呼吸功能受损常致屏气困难，部分MDCT影像上可出现阶梯状伪影，继而影响RV功能评价的准确性；另外MDCT需要对比剂以区分心腔，其时间分辨率仍劣于电子束CT和MRI[2,24]。Sugeng等[25]对评估RV容积和功能的多模态研究认为，MDCT比CMRI的时间分辨率低可导致右室舒张末期容积的高估，并继发RVSV和RVEF的轻微低估。

3　CMRI

CMRI可直接显示心脏的三维结构，提供较高的空间分辨率和完整显示心脏与其周围纵隔结构的解剖信息，并可准确、重复且定量地分析RV的功能参数，因而被公认为目前RV功能评估的“金标准”[26-27]。目前应用最为普遍的是CMRI电影和相位对比技术。

由于MR电影技术扫描时间不断缩短和时间分辨率提高，CMRI能直接准确地获取收缩末期和舒张末期影像，无需影像重组即可获得RV解剖和功能信息。MRI电影用于评估RV功能的主要序列为快速平衡稳态进动序列（fastimaging employing steatly-state acquisition,FIESTA）和稳态自由进动序列（steady-state free-precession，SSFP），可在长轴或短轴位上形成多帧影像的电影来涵盖整个心动周期，从而实现RV从右室流入道到流出道的全面分析。

CMRI的新应用和未来的发展主要在血流动力学测量方面。相位对比技术可通过平均血流速度乘以血管的横截面积来估算血流量，评估心血管系统中的血流信息，并可与右心导管相结合，得到RV功能和肺血管完整的机械定量描述，如肺动脉容量、弹性指数、RVEF、右心室舒张末期容积（right ventricular end-diastolic volume，RVEDV）和Tei指数等参数都可实现同期监测[28]。此外，CMRI数据还可以进一步被用来估计心脏压力和肺血管阻力；而在COPD所致肺动脉高压病人中，使用相位对比序列测得的肺动脉血流速度与肺动脉高压的严重程度明显相关[29-30]。Pattynama等[31]在17例中度COPD病人中用CMRI评估RV功能和心肌质量，证实RV心肌肥厚可对COPD并发肺心病进行早期诊断。因此，CMRI评估的RV信息与COPD严重程度和预后密切相关，其评估RV的各项参数可能有助于更好地确定COPD病人RV血流动力学的变化，以及监测和评估病人长期的治疗效果。

与MDCT相比，CMRI无辐射、无需对比剂，在评价RV体积和心肌质量方面准确性更高。此外，CMRI长、短轴影像都是直接生成的，避免了重建误差的产生；使用手动边界跟踪和半自动轮廓检测相结合，可缩短后处理时间，并提高了测量准确性[32]。然而，CMRI不能同期评价COPD病人肺实质情况，并且由于CMRI检查时间长而难以在呼吸困难或心脏衰竭的晚期心肺疾病病人中进行。

4　放射性核素成像

RV放射性核素成像是以计数为基础的成像技术，不依赖于RV的几何形状假设，而是通过计算机放射性物质的时间-放射性曲线进行定量分析，是公认的无创性测定心功能和心肌活性的检查方法[33]。用于评估RV功能的放射性核素技术包括3种：首过核素心血管造影（first-pass radionuclide angiography，FPRNA），平衡放射性核素心血管造影（equilibriumradionuclide angiography，ERNA）以及门控血池单光子发射计算机体层摄影（gated blood-pool single photon emission computed tomography，GBPS）。

FPRNA在静脉注射放射性药物后，可立即动态采集放射性核素图像，经过计算机处理计算出RVEF，其优点是不将右心房（right atrium,RA）中的显影剂计算到RV内，从而准确地评估RVEF；但FPRNA图像采集时间短，以及房性早搏或室性早搏等心律失常问题，会降低数据的准确性。ERNA是心电触发的成像技术，可将右心循环分为多个阶段并记录RV内显影剂的变化，然而该技术在右心早、晚期显像时RA和RV的显影剂难以区分，因此评价RV功能存在一定的误差。GBPS是一种测定双心室射血分数和容积的简易方法，它不需要用多次采集以及对背景活动的校正，即可量化RV功能，并且已有研究结果表明，GBPS计算的RV功能参数与MDCT所得结果具有良好的相关性[34]。

总之，随着影像技术的不断发展，RV功能可靠且无创的影像学评价日益受到临床重视，但COPD病人RV功能的准确评估仍然具有一定的挑战性。多种影像检查方法各有所长，合理选择有效的检查方法，获得COPD病人RV功能的可靠参数，能更加准确、客观且全面地评估其RV功能，对COPD病人临床诊断和治疗具有重要意义。

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（收稿2016-01-06）

New developments in imaging methods to assess right ventricular function in chronic obstructive pulmonary

disease

TANG Ling1,LI Chunping2.1 Department of Radiology,The First People’s Hospital of Zigong City,Zigong

643000,China;2 Department of Radiology,Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College

Accurate assessment of right ventricular function in chronic obstructive pulmonary disease(COPD)is essential for the clinical diagnosis and treatment.Given the complex right ventricular geometry,the traditional imaging modalities are difficult to precisely evaluating its function.With recent development in the echocardiographic tissue doppler imaging(TDI)and strain rate imaging(SRI),optimization in the temporal resolution of multislice CT and contrast medium injection scheme,the advancement of CMRI cine phase-contrast,as well as all kinds of new radionuclide techniques,it makes a breakthrough in evaluation of cardiac morphology and function.The imaging technology become much objective, accurate,quantitative in evaluation of right ventricular function in COPD patients.

Chronic obstructive pulmonary disease;Right ventricular function;Echocardiography;Tomography,X-ray computed;Magnetic resonance imaging

10.19300/j.2016.Z4071

R692.7；R445.2

A

1自贡市第一人民医院放射科，自贡643000；2川北医学院附属医院放射科

李春平，E-mail：13890898699@163.com

*审校者