磁共振相位對比法對慢性高原病患者主肺動脈改變初步研究

王聞，鮑海華

作者單位：

青海大學附屬醫院影像中心，西寧810001

慢性高原病(chronic mountain sickness，CMS)又稱 Monge's 病[1]，是指長期生活在海拔2500米以上高原的世居者或移居者，對高原低氧環境逐漸失去習服而導致的臨床綜合征[2]，其臨床特點常表現為紅細胞過度增多和肺動脈壓力顯著增高[3]。據估算，我國四大高原約有30萬人患有CMS，其中青藏高原患病人數約25萬，其患病率在西藏部分地區甚至超過10%[4-5]。因此CMS是高原人群嚴重的公共健康問題。

據研究，青藏高原缺氧和寒冷兩大自然環境因素與CMS患者各個系統的結構、功能、代謝等方面的改變密不可分[6]，其發病機理十分復雜。在較晚期的階段，這些患者經常會出現有關肺循環結構和功能的改變[7]，但這方面的研究較少。而磁共振相位對比法(phase contrast MR imaging，PCMRI)不僅對血管解剖結構能有較好的顯示，而且能定量地獲得其血流動力學信息(如流速、流量和壓力等)[8]。為了深入了解高海拔環境對人體主肺動脈影響，本研究應用二維(two dimension，2D)PC-MRI技術對CMS患者主肺動脈進行分析，從影像學角度探討CMS患者主肺動脈改變特點。

1 材料與方法

1.1 研究對象

1.1.1 CMS組

選取我院2016年12月-2018年3月經臨床確診的22例男性成年CMS患者，血紅蛋白(hemoglobin，HGB)值為(230±7) g/L，年齡19～56歲，平均(39.5±13.2)歲。患者居住海拔高度3000～4500 m，平均(3655±415) m。所有入組病例均符合CMS的診斷標準[2]：(1)納入標準：①居住海拔高度超過2500米且時間大于6個月的人群。②臨床常表現為頭痛、頭暈、氣喘、局部紫紺、紅細胞增多等征象。③CMS青海計分法：依據有無氣喘和心悸、失眠、紫紺、血管擴張、感覺異常、頭痛、耳鳴臨床癥狀及HGB濃度進行計分，便于定量診斷。(2)排除標準：①患有肺結核、慢性肺源性心臟病、肺癌等慢性肺部疾病者。②由慢性呼吸功能紊亂或某些慢性病變而導致繼發性紅細胞增多者。③居住海拔低于2500米或時間少于6個月的人群。

1.1.2 正常對照組

納入20名男性志愿者作為對照組，既往無心肺疾病的相關病史，無高血壓、糖尿病；HGB值為(172±9) g/L，其余血常規檢查正常；年齡21～58歲，平均(44.9±9.8)歲；居住海拔高度3000～4500 m，平均(3562±363) m。CMS組與正常對照組在年齡、居住海拔高度差異均無統計學意義(t、P值分別為1.486、0.152；0.767、0.449)。本研究通過醫院倫理委員會批準，所有受檢者均知情并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 儀器及掃描序列、參數

使用Philips Achiva 1.5 T磁共振掃描儀及心臟專用線圈、心電、呼吸門控和屏氣技術，仰臥位，頭先進，于呼氣末屏氣掃描。采用梯度回波序列(T1WI/TFE)行常規心臟電影掃描，獲取矢狀位的右心室流出道層面(right ventricular outflow tract，RVOT)圖像(圖1)，以此為基準在距肺動脈瓣環20 mm左右處定位，垂直其長軸，采用2D/QF序列掃描獲得兩組動態圖像：幅度圖(圖2)及相位圖(圖3)。T1WI/TFE序列掃描參數：TR=2.5 ms，TE=1.26 ms，翻轉角60°，FOV 320 mm×320 mm，層厚10 mm，層間距：2 mm，采集矩陣160×144。2D/QF序列掃描參數：TR=5.2 ms，TE=3.2 ms，翻轉角12°，FOV 320 mm×320 mm，層厚8 mm，層間距：0 mm，采集矩陣128×126。每個心動周期包含30個時相。

1.2.2 圖像后處理及計算

將掃描獲得的圖像傳入Philips心臟專用分析后處理工作站上，使用QFlow軟件打開相位圖，單擊Draw Selected Contour，沿主肺動脈血管內緣對血管橫截面積(cross-sectional area，CSA)進行標記，雙擊最后一個標記點完成標記。選擇Enable Active Contours，軟件會對所標記時相的CSA進行自動調整。再選擇Propagate Direction，一個心動周期內30個時相將會被全部標記。最后對每個時相的CSA標記點進行手動微調，以確保其在靶血管內(圖4)。

經過上述圖像后處理，軟件會給出所需要的每個期相主肺動脈各參數值，如CSA [包括最大CSA (maximum CSA，CSAmax)和最小CSA(minimum CSA，CSAmin)]、正向峰值流速(peak positive velocity，PPV)、反向峰值流速(peak negative velocity，PNV)、右心室搏出量(right ventricular stroke volume，RVSV)和反流分數(regurgitant fraction，RF)(圖5)。其他計算參數公式如下：

MPA相對擴張度(relative dilatation degree，RDD)[9]=(CSAmax-CSAmin)/CSAmin×100%

MPAP估測方法采用Laffon 等[10]提出的公式如下：

圖1 常規心臟電影掃描獲取矢狀位RVOT圖像，按照綠色定位線掃描獲得幅度圖及相位圖 圖2 幅度圖：信號強度僅與流速有關，不具有方向信息 圖3 相位圖：信號強度不僅與流速有關，還可以定量檢測，并具有血流方向信息，正向：高信號，反向：低信號 圖4 主肺動脈QFlow軟件分析界面 圖5 QFlow軟件自動計算結果界面，其中包括時間-流量曲線及各參數Fig. 1 Sagittal RVOT image was obtained by conventional cardiac film scanning and magnitude and phase images were obtained according to the green positioning line. Fig.2 Magnitude image: The signal intensity is only related to the velocity and does not have directional information. Fig.3 Phase image: The signal intensity is not only related to the velocity, but also quantitative. And it has directional information, which means high signal intensity in positive direction and low signal intensity in reverse direction. Fig.4 Main pulmonary artery QFlow software analysis interface. Fig.5 The result interface calculated automatically by QFlow software includes time-flow curve and parameters.

PpaComp(computed mean pulmonary arterial pressure value)是估算出的MPAP，單位為mmHg；Umax是主肺動脈PPV，單位為cm/s；Smax是主肺動脈CSAmax，單位為cm2。height、weight、HR分別為受試者的身高、體重及心率，單位分別是m、kg、次/min。

1.3 統計學分析

采用SPSS 19.0統計學軟件分析各參數，計量資料用均數±標準差表示，分析前對數據進行正態性檢驗，兩組均符合正態分布，故采用兩獨立樣本t檢驗，以P＜0.05認為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 結構參數

兩組間MPA的CSA及RDD指標均出現改變，與對照組相比差異具有統計學意義(P均＜0.01)，見表1。

2.2 血流動力學參數

CMS患者PPV指標較健康志愿者明顯減小(P=0.015)；其PNV及RF指標較對照組明顯增大，且差異均具有統計學意義(P分別＜0.01及0.004)；而RVSV雖然較對照組略有增加，但差異無統計學意義(P=0.411)，見表2。另外，CMS組[(36.71±12.36) mmHg] MPAP較對照組[(15.77±6.69) mmHg]明顯增大(P＜0.01)。

表1 兩組間MPA結構參數比較Tab.1 Comparison of MPA structural parameters between two groups

表1 兩組間MPA結構參數比較Tab.1 Comparison of MPA structural parameters between two groups

組別 CSA (cm2) RDD (%)CMS組 7.52±0.71 36.11±11.27正常對照組 6.34±1.12 52.08±7.54 t值 4.202 5.332 P值 ＜0.01 ＜0.01

表2 兩組間MPA血流動力學參數比較Tab.2 Comparison of MPA hemodynamic parameters between two groups

表2 兩組間MPA血流動力學參數比較Tab.2 Comparison of MPA hemodynamic parameters between two groups

組別 PPV (cm/s) PNV (cm/s) RVSV (ml) RF (%)CMS組 72.19±9.41 28.61±4.1664.43±21.48 7.11±0.93正常對照組 80.32±11.15 22.64±6.14 59.12±19.34 4.31±0.48 t值 2.563 3.722 0.832 3.123 P值 0.015 ＜0.01 0.411 0.004

3 討論

心導管術一直以來被認為是診斷及研究心血管疾病血流動力學的金標準，是評價肺動脈壓力的重要方法，但其創傷性及放射性一直為檢查者與受檢者所詬病。經胸多普勒超聲檢查具有無電離輻射、重復性好和經濟實用等優點，易被多數患者接受，是最常用的無創性檢查方法[11]，但是胸部氣體及骨質結構等對超聲波的傳導受到限制，故其在胸部大血管方面的研究較為局限。隨著新序列的開發，加上高空間及時間分辨率等特點，MRI在心血管成像方面的應用日益增多。PCMRI是利用流動所致的宏觀橫向磁化矢量(Mxy)的相位變化來抑制背景、突出血管信號的一種成像方法。在層面選擇梯度與讀出梯度之間施加兩個大小和持續時間完全相同，但方向相反的梯度場即雙極梯度場。對于靜止的質子群，兩個梯度場作用抵消，在TE時刻相位離散，因此兩種組織間形成相位差異，產生相位對比。影像上像素強度代表的是磁化矢量的相位變化，與質子群的流速有關，流動越快則相位變化越明顯。PC-MRI的優點主要為背景組織抑制好，有助于對小血管的顯示。Nogami等[12]利用PC-MRI、右心導管及超聲心動圖技術對肺動脈高壓患者肺血流和壓力的評估中表明，三者測量出來的結果差異無統計學意義而表現為一致性。雷曉燕等[13]對平原地區正常健康志愿者的研究顯示，利用PC-MRI及多普勒超聲技術測量肺動脈最大流速、平均流速以及1個心動周期的血流量值均接近，但該方法在CMS患者MPA研究上應用較少。

本研究利用PC-MRI成像技術對于在高海拔缺氧及寒冷環境下CMS患者的MPA結構、血流動力學及壓力改變的特點進行了初步研究。RDD是指在心動周期中管腔面積的相對變化，它反映了血管的彈性。利用PC-MRI測量結果顯示CMS患者MPA擴張、彈性降低，這是由于長期高原低氧環境影響肺動脈中膜及其肌化，整個過程減少了肺動脈內徑；此外，缺氧在引起外周血管收縮、回心血量增加和肺血量增多的同時，呼吸道的神經細胞受到刺激而引起低氧通氣反應，也會使肺血管收縮，導致肺動脈高壓[14]。CMS患者長期生活于高海拔低氧環境，顯著的肺動脈高壓勢必會超過肺動脈的代償能力，導致肺動脈僵硬度增加，最終引起主肺動脈增寬。

峰值流速是收縮期內最大或舒張期內最小的平均血流速度。Laffon等[10]與Masuyama等[15]的研究結果表明，隨著肺動脈壓力的增加，肺動脈PPV會相應降低，而PNV會相應升高。為了適應低氧環境，腎臟會產生過多的促紅細胞生成素刺激骨髓造血組織，使周圍血液中紅細胞數增加，血液粘滯程度也隨之遞增，從而減慢血流速度，導致PPV降低。Bogren等[16]認為肺動脈高壓患者中有明顯不規則的大量反向流量。長期低氧刺激影響肺動脈內膜增生，導致肺動脈管腔粗糙，因此在近管壁處會產生一些湍流，湍流處就會產生反流，而肺動脈壓力增高及肺動脈擴張會加重反流。本研究中RVSV改變差異無統計學意義，這一點與謝冬梅[17]的研究相符，可能與高原低氧環境下右心室代償有關。

綜上所述，CMS患者長期在低壓缺氧環境下導致MPA橫截面積擴張和彈性降低，血流速度改變，反流分數及MPAP均有不同程度增加，最終導致肺動脈高壓。PC-MRI檢查技術能夠無創、準確地提供這些信息，從而達到初步評估主肺動脈改變特點的目的。

但本研究有一定的局限性：(1)由于地理環境、語言及時間的限制，被接受評估的患者數量較少；(2)掃描時間長，少數患者難以配合；(3)2D PCMRI成像技術未保持血管內血流的一致性，測量結果可能有偏差。需要在今后的工作中繼續增加樣本含量，優化掃描序列，彌補不足，為今后CMS患者臨床診斷、治療、預后評估提供新的依據。