超声心动图筛查肺动脉高压的方法及研究进展(完整版)

1、超声心动图筛查肺动脉高压的方法及研究进展(完整版)肺动脉高压(Pulmonary hypertension, PH)是一种持续进展的肺血管疾病，主要表现为肺血管阻力 (Pulmonary vascular resistance ， PVR) 进行性升高，最终会导致右心衰竭、甚至死亡。目前， PH 血流动力学的 诊断标准为： 在海平面， 静息状态下， 右心导管 (Right heart catheterization ， RHC) 检查测肺动脉平均压( Mean pulmonary artery pressure, mPAP ) >25mmHg。但RHC是一种侵入性操作，即使在有经验的中心

2、进行，也 会导致一些不良事件 (1.1%) 和死亡率 (0.055%)1 。许多研究已经证明超声 心动图的测量结果与 RHC 高度相关 2 ，且具有简便、快捷、实时、无创 的优势，因此在 2015 年欧洲心脏病学会 (European Society of Cardiology ， ESC)和欧洲呼吸学会(European Respiratory Society，ERS)关于 PH 的指南中 3 ，推荐超声心动图作为 1C 级、一线、非侵入性的方法用于可疑 PH 患者的评估。将超声心动图检查结果结合患者的临床特征进行分析，得到PH 可能性大小的评估，从而确定是否有必要行 RHC 检查。超声心动

3、图能够从血流动 力学、形态学和右心功能评估等多个角度细致、全面地评估PH ，现已广泛应用于 PH 的临床诊断和疗效监测的过程中。超声心动图通过对三尖瓣反流(Tricuspid regurgitation, TR)、肺动脉瓣反流(Pulmonaryregurgitation, PR) 和右心室流出道 (Right ventricular outflow tract，RVOT) 血流信号多普勒频谱的测量评估肺动脉压力。此外，它还提供了可能提示 肺动脉高压的解剖信息和功能信息，如肺动脉扩张、右心室肥厚、右心室 扩张、右心室收缩功能障碍等。本文将就超声心动图各项评估方法的优劣 势及近年来取得的研究进展

4、进行介绍。一、超声心动图评估 PH 的血流动力学改变1.三尖瓣反流(Tricuspid Regurgitation, TR)(1) TR峰值速度测定肺动脉收缩压(Pulmonary Artery Systolic Pressure,PASP )在无右心室流出道梗阻时，右心室收缩压等于PASP。根据三尖瓣最大反流速度( TR Vmax )通过伯努利方程可以计算出右心房与右心室之间 的压力梯度(TR-PG )，加上估测的右心房压力(Right Atrium Pressure,RAP )，即可得到估测的即 PASP 。计算公式如下： PASP=4TR Vmax2+RAP ，此方法与 RHC 测得的

5、PASP 相关性良好 4 。但不能忽视 的是亦有很大一部分患者的 PASP 被高估或者低估 5 。表 1 右心房压力的估测：1VC 内径(cm)吸气塌陷率%)估 的 RAP (nunH g、W2 lcni>5M32.1cm<50%8>2. lcn)>508>2. Iced<50%15注：Inferior Vena Cava, IVC，下腔静脉；RAP 右心房压力；1mmHg=0.133 kPa(2) TR频谱测定肺动脉平均压(Mean Pulmonary ArteryPressure， mPAP)PH的诊断标准采用的是 RHC测定的mPAP,为此既往有许多学

6、者6-8提出了利用TR估测的PASP来计算mPAP的经验性公式，如表 2。 他们的研究同时也验证了肺循环中的 PASP和mPAP有着密切的关系。原 因可能是与体循环相比，肺循环的顺应性和阻力的联系更加紧密。由公式可知，对应 mPAP为25 mmHg 的PASP约为38 mmHg。但同时亦要考虑道右室流出道梯度和潜在降低肺动脉压力的因素(镇静或麻醉状态),所以超声估测 PASP在4045mmHg时可能才最好地对应 mPAP为25mmHg8。近年来许多研究9-12幵始应用TR多普勒频谱的速度-时间积分(Velocity Time Integral，TVI)来估测 mPAP。通过包络勾画 TR频谱的

7、TVI，测得右房室的平均压力梯度(TR Pmean)，再加上的估算 RAP，公式为：mPAP二TR Pmean+RAP 。超声心动图通过 TR测定的 mPAP与RHC测量的mPAP有满意的一致性和相关性9, 12 。 Hellenkamp 等人 11发现与TR Vmax、TR估测的PASP和经验性公式相比，基于 TR VTI 估计mPAP的算法与RHC测量的mPAP相关性更强，对PH的识别更加 准确，mPAP可作为TR Vmax的一种替代方法，用于超声心动图评估 PH 的可能性。由于mPAP是通过勾画TR频谱推导出来的，它包含了时间与 TR速度变化的信息，导致 mPAP和RHC结果之间的差异减

8、小。表2评估mPAP的部分经验性公式方法相类丈就公式利用FASP的经壮性公式Chelnia S 'mP.UO- &1X PASP-1.95Ails息 1 “el'*ni?AP=O. 60 X PASP-2.1(3) TR Vmax2015年(ESC)/ ( ERS) PH诊断和治疗指南3中建议使用连续波多普勒测量的TR Vmax (不估计PASP或mPAP)作为主要变量用于超声心动 图诊断PH的可能性，而不是使用更复杂的算法来估测肺动脉压，因为RAP估计的不准确性和使用派生变量会放大测量误差，故建议以2.8 m/s为TRVmax的截断阈值为来判断 PH的可能性。(4)影

9、响TR估测PAP准确性的因素TR 的频谱质量，在 Amsallem 等人的研究 8 中将频谱质量分为了三个类型，其中有25%PH患者的频谱质量属于类型 C,即质量较差、无 法读取或仅能应用外推法估测 TR Vmax ，这也是造成 PAP 的高估或低估 的主要原因。在临床中，亦有许多 PH 患者的 TR 反流是少量或者微量的， 这就更增加了测量 TR 频谱的难度，因此需要测量时使多普勒波束尽量平 行于血流方向定位，争取得到最佳的反流频谱。同时有研究 13 显示，与 单个声窗测量结果比较，综合考虑 5 个成像声窗(胸骨旁长轴、胸骨旁短 轴、改良心尖四腔心、心尖长轴观、剑下四腔心)的图像，诊断 PH

10、 更加 准确，敏感性为 87% ，特异性为 91% ， ROC 曲线下面积可达 0.89 。因此 怀疑 PH 的病人必须进行多切面扫查，从不同的声窗、不同角度观察，提 高评估准确性。TR的严重程度，Fei等人的研究结果14表明，TR的严重程度影响 TR 患者 PASP 估测的准确性。由公式可知， PASP=TR-PG+RAP 。如简 化的伯努利方程所示：TR-PG二4(TR Vmax)2,TR Vmax反映TR-PG。但在严重 TR 的较宽层流场中，简化的伯努利方程会忽略流体本身粘滞性引起 的压强变化，因此不能准确评估 TR-PG 。 Hioka1 的研究 15 结果表明， 随着 TR 严重程

11、度的加重， 超声心动图会越来越高估 TR-PG ，尤其是在 TR 反流颈宽度11mm时。原因可能是在层流中包含反流时，由于压力恢复现象，简化伯努利方程计算的 TR-PG 会高估真实的右房室压力梯度 15, 16 。亦有文献 2 提到严重的 TR 可导致右房室压均一， 导致 TR 多普勒包 络缩短， PASP 容易被低估。由此可见， TR 反流程度对 TR-PG 的评估是 如何产生影响的，产生何种结果都尚无定论，尚需更多针对性的研究来探 讨。而在没有三尖瓣反流时，并不排除 PH 的可能，必须仔细观察间接征 象的存在。因此，在观察 TR程度时，要充分利用彩色多普勒技术，调节 血流增益至最佳信噪比，

12、速度范围应填充至少三分之二的频谱范围 17 ， 从而更好的显示反流程度，以利于 PAP 的准确估测。估测的RAP，虽然关于RAP的估测方法，指南已经给出了统一的标 准，但许多研究 18, 19 均认为超声心动图高估 RAP 是导致 PASP 或 mPAP高估的主要原因。Fei等人14的研究显示在TR程度不同的情况下， RAP 对 PASP 准确性的影响存在显著差异 (P=0.008) 。反流量大可能会导 致下腔静脉和肝静脉充血，这可能是由于直接的体积效应，而不是单纯的 压力升高， 影响超声心动图对 RAP 的真实估计。 但亦有研究 17 提到严重 的三尖瓣关闭不全时，随着有效反流口面积的增加，

13、压力梯度减小，可能 会导致 RAP 的低估。 RAP 的估测是通过观察测量 IVC 直径和吸气塌陷率 等间接征象来判断的，而 IVC 的改变也受到下腔静脉顺应性、右心慢性重 构过程、胸膜腔内压等因素的影响。所以其他参数，如E/ E '，肝静脉收缩期反向血流、三尖瓣前向血流的呼吸变化率应进行评估，以便更准确地估 计 RAP20 。经验性公式，Kasai等学者21验证了 Chelma公式在慢性肺血栓栓塞性PH ( CTEPH)患者中的应用，证明 Chemla公式估测的mPAP是评 估 CTEPH 患者肺动脉压力的可靠指标， 且与 RHC 的结果具有良好的可比 性，同时也提出了一个针对于 C

14、TEPH 患者且优于 Chelma 方法的预测公 式： mPAP=0.34 PASP+14.5 mmHg 。各种经验性公式层出不穷，但我 们必须清楚各种公式的提出均是基于对各自研究中心样本的分析，而各个 研究入组患者的数量、病例组成不同，导致经验性公式的应用具有其局限 性，可能并不适用于普遍人群的应用。未来可能需要更大样本量的前瞻性 研究来验证、规范和统一经验性公式的运用。基于我们对现有研究资料的初步分析， 发现超声对 PAP 估测的准确性 受到多种因素影响，因此有可能高估或者低估。而 RAP 的估测亦可能出 现如此情况，在此情况下二者相加会产生何种效果，还具有不确定性。有 研究结果表明 11

15、 通过加入 RAP 计算的 mPAP 比单独测定 TR Vmax 识别 PH的效果更好，与RHC结果的一致性更高。当TR反流量很少的情况下， RAP 的高估亦有可能在一定程度上补充对 RASP 的低估。 因此不能简单的 说 RAP 会增加测量误差。另外，关于应用 mPAP 来评价 PH 已被许多研究 9, 11 推荐， mPAP 是通过追踪勾画 TR 波形来测量的，这一平均梯度只考虑了收缩期的峰值 压力，不包括舒张压。虽然部分研究显示 mPAP 诊断 PH 的效果要优于 PASP、 TR Vmax11 或者利用 PAAT 的经验公式 10 。但不同研究得到 的诊断阈值不同，比如 Hioka 等

16、15 研究中认为 mPAP 的最佳诊断阈值 是 24.9mmHg ， Hellenkamp 等11 研究认为 mPAP 取 25.95 ，诊断效 能最高。所以未来还需要更大样本量的研究来统一的超声筛查 PH 的诊断 标准。2 .肺动脉瓣反流(Pulmonary Regurgitaion ， PR)(1) PR舒张早期峰值速度(Vearly )测定肺动脉平均压(mPAP )舒张早期 PR 峰值梯度与 PA 平均压力相关。使用连续波多普勒超声 心动图测量 PR 的舒张早期峰值速度，以计算舒张早期 PA-RV 压力梯度， 加上估测的RAP，即可得到估测的mPAP。计算公式：mPAP=4(Vearly

17、 PR)2+RAP 。 Hoika 的研究 15 发现，利用 PR 舒张早期反流频谱测得的 mPAP能够区分出RHC测量mPAP >25 mmHg 的PH患者，曲线下面 积为 0.93 ，敏感性 100% ，特异性 87% 。因此对于重度或极重度的 TR 患 者， PAP 估测不准确时，由 PA-RV 压力梯度估测 mPAP 可能是一个可行 且有效的替代方法。(2) PR 舒张末期血流速度测定肺动脉舒张压( Pulmonary Artery Dystolic Pressure ， PADP )舒张末期 PR 压力梯度加 RAP 能够估测 PADP ，计算公式：PADP=4(Vend PR

18、)2+RAP 。舒张末期 PR 压力梯度与 PADP 相关，可作 为肺动脉楔压的替代指标。 此外，还可以利用估测的 PADP 和 PASP 来计算 mPAP ，公式： mPAP=2/3 PADP+1/3 PASP 。需要注意的是在严重 的PR中，由于血流速度快速衰减，应用PR舒张末期速度可能会低估PADP 。而且当心脏存在缩窄性或限制性状态时，这种方法是无效的。(3) 右室流出道(Right Ventricular Outflow Tract，RVOT)测量 肺动脉血流加速时间( Pulmonary Artery Acceleration Time,PAAT )将取样容积放置在肺动脉瓣近 RV

19、OT 侧，获得该处血流的脉冲多普勒 频谱，标记应先放置在峰值，然后追踪到血流的起初处，测得从右心室射 血开始到通过肺动脉瓣的血流速度达到峰值的时间间隔。 RVOT 的脉冲多 普勒频谱通常呈对称的圆顶形， 但在 PH 患者中， 脉冲波迅速上升至峰值， 导致PAAT缩短。成人的正常值为 136153 ms ，当PAAT v 100 ms 高度提示PH。而血流频谱收缩期中期的切迹提示肺血管阻力的增高。最近的一项 META 分析 22 显示 PAAT 对成人 PH 检测的综合敏感性 为 84% ，综合特异性为 84% ，其诊断性能不受心律失常或 PH 病因的影 响，且在 90%的患者中均可检测到， 因

20、此将 PAAT 纳入 PH 评估可增强临 床诊断能力。虽然许多研究 22 表明， PAAT 与 PAP 呈负相关关系，但 PAP 并非影响 PAAT 的唯一因素，它亦会受到肺血管阻力、顺应性、右室 收缩功能、前负荷和心率等因素的影响，所以在临床实践中，利用 PAAT 评价 PH 时应考虑更多因素，如右心房和心室扩张、左心室的偏心指数、下腔静脉扩张而吸气无塌陷等。 亦有部分研究提出了基于 PAAT 估测 PAP 的经验性公式， Dabestani25 曾提出了利用 PAAT 计算 mPAP 的经验性 公式，如下：当 PAAT >120 ms: mPAP =0.79 - (0.45 XPAA

21、T);当 PAAT v 120 ms: mPAP = 90 - (0.62XPAAT)，而 Hellenkamp 等的研究11利用了更大的样本量对此公式进行了验证， 发现基于 PAAT 估算的 mPAP 与 RHC 结果相关性较弱。关于 PAAT 的经验性公式尚未统一，诊断效能 尚待考证，故应谨慎使用。另外应用连续多普勒和脉冲多普勒频谱获得的相关参数，根据一些经 验公式的计算能够获得关于肺血管血流动力学的相关参数，比如肺血管阻 力、肺血管容量和肺毛细血管楔压等，部分研究也已证实超声估测的上述 参数与 RHC 测量结果的一致性良好 10, 26, 27 ，但是这些参数计算起来 相对繁琐，准确性和

22、可重复性较差，目前可能并不适用于临床实践。二、超声心动图提示 PH 的其他特征1.主肺动脉增宽，从胸骨旁大动脉短轴切面，于肺动脉瓣和肺动脉分叉的中间位置测量直径，指南中主肺动脉扩张的标准是直径25mm3 。2 .右心室扩大，一般情况下右心室<2/3的左心室，当右心室与左心室大小相当甚至明显大于左心室时，提示右心室扩大 28 。于心尖四腔 心切面测量右室舒张末期内径， 当右心室基底部横径 >4.1 cm 和右心室中 部横径 >3.5 cm 时，提示右心室扩大 29 。3.左心室偏心指数(Ecce ntric In dex ， El)，在PH患者中，右心室 压力增高和心室收缩达峰

23、时间延迟导致心室间的不同步，室间隔变平直或 左心室成“D ”字样改变。从胸骨旁大动脉短轴切面，于收缩末期二尖瓣和 乳头肌水平之间测量与室间隔平行的心室内径 (D1) 和与室间隔垂直的心 室短径 (D2) ， LV EI=D1/D2 ，如果 LV EI>1.1 ，则提示右室的压力或容量 过负荷 30 。4 .下腔静脉(IVC)增宽和右心房扩大：收缩末期于心尖四腔心切 面测量右心房， 如右心房横径 ( >4.4 cm )、面积( >18 cm2 )或容积(女 性>27 ml/m2 或男性 >32 ml/m2 )，则提示右心房扩大 30 。于剑突下 下腔静脉长轴切面测量

24、 IVC 内径， >21 mm 为增宽 3 。5 .右室游离壁厚度：慢性 PH可导致右心室室壁增厚。舒张末期， 当三尖瓣最大开放与右室壁平行时，取三尖瓣瓣叶水平测量右心室游离壁 厚度。一般 >5 mm 认为右心室室壁肥厚，需注意除外乳头肌、心包脂肪 等结构 30 。6.右室收缩功能指标。(1)右心室三尖瓣环收缩期位移(TAPSE):该指标反映右室纵向 收缩功能，与右室整体收缩功能指标有较好的相关性。可重复性好，但具 有角度依赖性。TAPSE v 17mm 意味着右心室收缩功能减低29。2）二维右心室面积变化分数 （FAC）：RV FAC 的定义公式如下 :RVFAC =（舒张末期R

25、V面积-收缩末期RV面积”舒张末期RV面积）X100, RV FACv35% 提示右心室收缩功能障碍 29 。（ 3）组织多普勒相关参数三尖瓣环收缩期速度（S'）：'代表右室游离壁纵向运动速度，简便 易行，可作为右室功能评价的常规指标， S'V.5 cm/s被视为RV收缩功 能异常 29 。右心室等容舒张时间（rIVRT） : rIVRT是从S波终点到E波的起始点 的时间间隔。rIVRT >75 ms对肺动脉高压有可靠的预测价值， 而rIVRT v 40 ms 对肺动脉高压有较高的阴性预测价值 2 。右心室心肌做功指数（RIMP ）:公式：RIMP=（等容收缩时间

26、+等 容舒张时间 ）/右室射血时间 。反映右室整体功能，心律失常时，测量不准 确。亦具有容量依赖性， RAP 增高时不适用。当 RIMP > 0.54 时，提示右 室功能异常 29 。（4）右心室游离壁长轴应变（FWLS ）:基于超声二维斑点追踪技术 的右室 FWLS 是评估其收缩功能的新指标，相比于组织多普勒，它没有角 度依赖性，较少受到心肌整体运动的影响。我们既往的研究也证实右室游 离壁的 FWLS 对检测右室功能异常，识别右室功能的严重受损 31 或右心 衰竭32更加敏感。指南中认为FWLS的绝对值v 20%提示功能异常29。（5）三维测得的右心室射血分数（RV EF）:基于实时三

27、维成像的右 室容积测量不依赖于心室形状的几何假设，半自动识别心内膜边界，能够较准确的测量RV EF。但它具有负荷依赖性，受分辨率及帧频的限制，声窗较差及心律失常时不适用。计算公式为 RV EF = （舒张末期 RV 容积-收缩末期RV容积）/舒张末期RV容积，RV EF v 45%提示右室收缩功能异常 29 。上述超声征象和相关参数对于评估 PH 有着重要的临床价值，尤其是 在无法测得TR或PR、患者声窗欠佳的情况下。研究表明29超声心动图 变量（右房扩大、肺动脉增宽和右心功能异常等）和较低右室收缩压阈值 （35 mmHg ）联合应用可以显著提高超声心动图对 PH 的预测效能。 Amsallem 等的研究发现 8 当 TR 信号无法解释时，左室的偏心指数和右 心室大小与 PH 独立相关。 CTEPH 是 PH 的一类主要病因， 该类患者的右 心形态和功能有明显改变， Kasai 的研究 21 证明在传统超声心动图指标 中， FAC 诊断 CTEPH 患者右心功能不全的敏感性较高。我们既往的研究 33 也发现与传