摘要
本研究的目的是利用磁共振成像定量评估膈肌反常运动。
共有27名受试者接受了检查,包括12名正常青年、6名对照组和9名肺气肿患者。受试者取仰卧位,在潮汐呼吸和深缓慢呼吸时,获得30张右肺全肺顺序矢状位MR图像。
估计序列图像间膈肌的运动面积,计算呼吸周期内膈肌的总运动。横膈膜的逆运动,表示增加或减少肺面积的反向运动,因为逆运动比(MPR=(逆膈总运动/总膈运动)×100),进行评价。
肺气肿患者,深呼吸期间观察到在MR图像上矛盾的膈肌运动。的平均值MPR肺气肿患者深呼吸时为10±4%,显著高于青壮年的0.5±0.2% (p<0.05)和年龄匹配对照组的1.2±0.6% (p<0.05)。
目前的结果表明,磁共振图像可用于检测膈肌反常运动患者肺气肿。
本研究部分由神奈川县医院癌症研究基金和日本磁共振医学学会国际旅行补助金资助。
磁共振成像(MRI)最近被用于评估胸壁运动,因为该技术可以通过高组织造影无创地显示胸壁1- - - - - -4。Gierada等。1描述了在安静呼吸期间使用连续磁共振(MR)图像的正常受试者的膈肌运动等。2评估不同肺容积下膈肌的形状。Cluzel等。3.期间屏气的短周期中获得快速的三维(3D)MRI,和重建图像分别测量膈区域以及相对于肺容积在这方面的变化。须贺等。4通过序列MRI测量上、下胸前后距离,报告了胸腔与膈肌之间的非同步运动。
作者最近报道了由连续获得的MR图像构建的减法图像可以识别肺气肿患者膈肌的反常运动;横隔膜的腹侧和背侧的运动是矛盾的5。而采用减法图像的方法,由于信噪比低,不适合进行详细分析。在本研究中,通过测量横膈膜在两个连续图像之间移动的区域来定量评估横膈膜的反常运动。探讨膈肌反常运动及其与肺功能的关系。
对象与方法
主题
研究对象包括27名成年人,12名年轻人(男性6名,女性6名),6名对照组男性和9名男性肺气肿患者。表1总结了每个受试者的特征,包括肺功能测试⇓。研究方案经机构审查委员会批准,并获得每位受试者的知情同意。这12名年轻人是从当地社区招募的。他们都是健康的非吸烟者,肺功能测试正常。所有的对照组对象都是从当地社区招募的,包括3名接受过腹主动脉瘤治疗(n=2)和动脉闭塞伴硬化治疗(n=1)的患者。对照组的选择依据:1)年龄60-80岁;2)无胸部疾病或胸外科病史;3)胸片上无明显肺气肿改变。患者和对照组的平均年龄没有显著差异。
所有9例患者与吸烟有关的肺气肿,并已在作者的中心接受治疗。用于选择患者的标准如下:1)作为由肺功能测试证明和用力呼气量在一秒中度至重度气流阻塞(FEV1%预计值)<50%;2)肺气肿是由计算机断层摄影(CT)成像证实;and 3) age was 60–80 yrs. Hyperinflation was present in all patients, with a mean±sd (TLC % pred) of 138±7.0%, and air trapping (mean residual volume (RV % pred) of 188±13%). TLC and RV were measured by using body plethysmography. Five patients required continuous oxygen supplementation while one patient required oxygen during exercise.
磁共振成像
受试者仰卧在1.5特斯拉(T)磁铁(Horizon,通用电气医疗系统,密尔沃基,美国,WI)内,使用身体线圈,进行MRI检查。在潮汐呼吸和深缓慢呼吸期间,从肺尖到肺底连续拍摄30张右肺图像。序列为单镜头快速自旋回波,采用半傅里叶变换(回波时间(TE): 41.5 ms,视场(FOV): 40×23-28 cm,矩阵256×128,层厚=10 mm)。采集时间为0.53-0.73 s−1而对照组和患者的平均寿命为0.73秒。在检查过程中使用压力带监测呼吸。潮汐呼吸时,平均呼吸频率13.6±1.5次呼吸·min−1在年轻成年人,11.5±0.9次呼吸·分钟−1对照组,11.2±0.9次呼吸·min−1肺气肿患者。有三组间呼吸频率无差异。对于深缓地呼吸,指导患者尝试最大呼吸。因此,一个深呼吸缓慢期间获得至少10个图像。
原始图像与市售的软件(利用Windows 2.0,通用电气医疗系统,密尔沃基,威斯康星州,美国)的电影模式进行了检查。Two parameters that related to diaphragm movement during deep slow breathing were measured manually: diaphragmatic excursion and diaphragmatic length displacement (see fig. 1⇓详情)。首先选取肺面积增大最大和减小最小的两幅图像。横膈膜偏移表示两幅图像上横膈膜最高点之间的垂直距离。横膈膜的长度位移是通过在两幅图像上测量肺尖到肺底的垂直高度相减来计算的。横膈偏移并不等同于位移(图1)⇓)。
定量分析
定量分析图像是在远程工作站进行的,使用的软件最初由两位作者(S. Kagei和T. Gotoh)开发。从一个阈值中提取肺野,然后使用模式方法对阈值进行数字选择6。三个解剖学界标,肺尖和腹侧和背侧肋膈角,使用指示设备被确定在每个图像上(图2A⇓)。然后用比阈值低的信号强度的肺野提取和平滑(图2B后其轮廓追踪⇓)。直方图(图2C⇓)显示了三个点周围矩形区域内图像强度的测量值(见图2a)⇓)。该阈值的强度电平表示的两个峰值之间的最小频率;肺野区域的大峰和胸壁的小峰。
每个构造图像中的肺区域代表由三个边界所包含的区域:半裂体、腹侧和背侧肋线。根据这个定义,肺区域包括所有肺间室,包括大肺血管、大叶支气管和/或节段支气管。肺区域的变化代表了两个后续图像区域的差异。在随后的图像中,横隔膜的运动被估计为横隔膜线扫过的面积。分别测量肺面积的增加和减少。以像素数测量肺面积和膈肌运动,并转换为cm2。
数据分析
根据一个MRI系列的最大呼吸周期数,将序列图像间的所有膈肌运动相加除以呼吸周期数,从而计算出一个呼吸周期的平均运动。未完成一个呼吸周期的一系列初始或最后数据被排除在分析之外。MR检查不使用肺量测定,系统无法记录压力带数据(呼吸频率由操作员单独记录)。呼吸周期是根据肺区域的变化来定义的。我们发现隔膜并不总是与肺区域的变化同步运动,即。矛盾的运动。
“矛盾的运动(Mp)是用来测量这些奇异的运动横隔膜,其中Mp(厘米2)在一个呼吸周期=平均隔膜的自相矛盾的运动,并且Mp比(MPR) = 100×Mp/隔膜在一个呼吸周期内的总运动。“逆运动”是指当肺面积减少(或增加)时,膈肌向下(或向上)运动。米p在两个方向上测量:向下(Mp+和米PR+)和向上移动(Mp−和MPR-)隔膜的。
膈肌偏移,由长度位移,总膈肌运动的基础上在该地区中,M的变化的值p和MPR,三组间比较。作者比较膈肌游览的面积与总膈肌运动。方差和Fisher精确检验的反复分析被用于分组比较。的<0.05的p值被认为是统计学显著。这些值与FEV进行比较1%PRED和预解码值TLC%(TLC未在一个年轻成人和四个对照受试者中测量)。
结果
最初的图像显示了七名患者在深呼吸时横膈膜的反常运动。它包括在深吸气时,当背部向下运动时,半阴唇的腹侧部分向上运动反之亦然呼气过程中。在Mpwas especially marked in three patients (fig. 1⇑)。在这三个患者中,偏移的值是负的,因为隔膜的全灵感的最高点是在前肋膈角,虽然长度的位移为阳性。吊诡膈肌运动不能在控制和年轻的成年人进行检测,也没有在潮式呼吸期间肺气肿患者。
数据分析显示,深、慢呼吸时膈肌偏移与总膈肌运动面积相关(p<0.001, r=0.91,图3)⇓)。然而,膈肌运动面积在三个膈肌偏移呈阴性的病人中是不同的。偏移与FEV呈正相关1% pred (p<0.001, r=0.87)与TLC % pred呈负相关(p<0.01, r=0.57)。肺气肿患者的平均偏移明显小于对照组(表2)⇓)。
Figure 4⇓显示膈肌在深呼吸时的总运动与TLC之间的相关性。随着TLC % pred的增加,膈肌总运动明显减少(p<0.01)。此外,横隔膜的总运动随着FEV的减小而减小1% pred(未显示数据)。
Figure 5⇓表示M的变化p和MPR在潮汐和深,在三组受试者呼吸缓慢。在潮式呼吸,男的平均值p和MPR膈肌向下和向上的总运动在三组间无显著差异。在深呼吸时,Mp在所有科目增加。然而,在并购的最大涨幅p肺气肿患者指出。有没有在平均值m无显著差异p在深呼吸时,平均MPR肺气肿患者比对照组(P <0.05)和年轻成人(P <0.05)显著更大。至于膈肌运动的方向,在M上的差PR+不显著,但MPR- 在两组(P <0.05)之间显著。的平均值MPR- 在肺气肿患者中对照组(P <0.05)和年轻成人(P <0.01)高于显著更大。
M之间的相关性PR- 在深,慢呼吸和FEV1% pred(图6a⇓)和TLC%预解码值(图6B⇓)也进行了检查。患者低FEV1%预计显示,大型并购PR-在深而缓慢的呼吸时。在另一方面,在深,慢呼吸,男PR- 很大的患者轻度高TLC%预计值,但它是低的患者具有非常大的TLC%预计值。
讨论
本研究的主要结果可以总结如下。1)MR图像显示在隔膜的那部分矛盾的移动,相对于在肺面积的变化。2)M的定量估算p和MPR显示,米PR是显著最高肺气肿患者。这些结果表明,膈肌运动不会特别是在吸气阶段有效地有助于肺气肿肺面积的变化。
膜片的矛盾运动的确切机制尚未完全了解。然而,这可能是由于肺气肿膈肌收缩的效率降低。事实上,以往的研究表明,膜片的对合区肺气肿患者明显减少7和隔膜的收缩减小了对合区面积与隔膜表面面积的比例8。
在本研究中,MPR在肺气肿患者高度可变,从0-42.3%,虽然中号PR- 往往是在患者的低容积大1%预计。然而,M之间的相关性p和MPR由于患者人数少,肺功能检查不能充分检查。虽然严重的膈肌恶性膨胀会限制膈肌的正常和反常运动,但目前的结果显示膈肌逆运动与恶性膨胀有关。横膈肌总运动与TLC % pred呈负相关,这与George和Weil先前报道的结果相似9。
需要强调的是,横膈膜的矛盾运动是一种“表象”,不等于以收缩为基础的自主横膈膜运动。它包括膈肌的被动运动,由于肌肉的相互作用,这是经常改变的肺气肿患者10。在这项研究中,MR图像表明,隔膜的腹侧部在悖论在肺区域的变化而运动;膜片的腹侧部分似乎与胸腔的向外运动向上移动。胸骨旁吸气肋间肌肉和其他辅助肌诸如提升胸腔,并防止其向内运动膈收缩期间的scalenes和胸锁乳突肌,是较少受到过度充气因为肌肉长度的变化,由于过度充气是在这些肌肉较小11,12。胸腔和颈椎部肌肉的动作将涉及到矛盾膈肌运动。
腹部肌肉的招聘也会影响膈肌矛盾运动13。在本研究中,米p年轻组深缓地呼吸时略有增加。这一发现可能是由于自愿腹部肌肉的招聘14。小米p,这将包括测量误差,因为时间分辨率取决于图像采集率。
有几个限制这项研究。该方法只涉及二维(2D)分析,并且是不完整的,除非三维视图膜片的和肺的设计中,由于振动板,肺的呼吸期间的复杂运动和胸腔。尽管如此,在作者的患者中观察到膈肌矛盾运动,特别是在早期或结束吸气阶段。小矛盾运动不能在屏气过程中拍摄的图像来检测。因此,在本获得3D MR图像需要屏气一段时间,从而指示使用顺序图像的二维分析是合适的。
在本研究中,膈肌运动被评为位移的区域。以前的研究评估使用各种技术和参数膈肌运动诸如荧光透视膈肌偏移15,改变在腹部和胸腔圆周16使用CT图像的三维重建改变膈肌长度和面积7以及超声检查的厚度17。在本研究中测量的膈肌偏移被深呼吸期间通过隔膜的最高点的减法测量,并且因此对应于通过荧光所评估的隔膜的前后视图15。这里介绍的摆幅数据在合理的协议与正常人的其他研究报告15。在本研究中,按面积测量的膈肌运动与膈肌偏移显著相关。因此,这些按面积计算的膈肌运动数据是可以接受的。它是不可能比较的悖论运动的隔膜面积与类似的数据,因为这样的分析没有报告过。增加的人口PR- 深呼吸时观察到的结果是兼容的数据报告吉尔马丁和吉布森18,即严重慢性阻塞性肺疾病患者采用膈肌呼吸时,反常运动增加而机械效率下降。
本研究的结果是从少数患者的。因此,患者和年龄匹配的对照更大数量的比较研究是必要的。呼吸和体积分析期间拍摄的三维图像是理想的,尽管还需要进一步的方法改进。结果,然而,建议用于磁共振成像和分割分析一个新的应用,并且指示磁共振成像和图像的定量分析提供了关于呼吸肌肉运动的有用信息。
- 收到了2000年5月5日。
- 接受2001年6月26日。
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