抽象的
传统上,已经在正常受试者中描述了肺灌注的引力分布。初级肺动脉高压患者(PPH)患者可能有何不同,其特征在于由于内膜增稠,平滑肌细胞增殖和中小型肺动脉血栓形成的血栓形成的发作,尚不清楚。在这项研究中,研究了电子束计算机断层扫描在量化PPH患者肺灌注分布时的电位。
对比增强切片分别在5名健康受试者和5名PPH患者在基线时仰卧位吸气和给药血管扩张剂腺苷时获得。在每个实验条件下,感兴趣的区域沿非依赖-依赖轴放置,并得到相对灌注值。
在健康的个体中,观察到在灌注中标记的非依赖性梯度。相比,在PPH中,灌注值显着降低并且穿过肺部均匀,尽管腺苷的给药导致所有感兴趣区域的灌注增加。
电子束计算机断层扫描提供有关肺血管疾病受试者肺循环的生理和结构信息。
传统上,在正常受试者中描述了肺灌注的引力分布,通过静水,肺泡和间质压之间的相互关系确定1.,2..最近,采用具有高空间分辨率的技术的动物研究表明,重力的影响不如肺血管树的结构在确定肺中的区域血液流动时3..使用电子束计算机断层扫描(EBCT)的研究证实了人类的类似发现来量化区域肺灌注4..EBCT允许快速(毫秒)获取心脏成像所需的数据。在对比度之后,可以通过将适当的模型应用于检测到的肺密度的变化来计算肺部区域血流。EBCT之前已经在灌注的动物和临床研究中使用过5.–7.,得到的结果表明,与来自基于微球的研究发现的那些结果表现出良好的相关性。
初级肺动脉高压(PPH)的特征在于肺血管床的限制,继发于内膜增稠,血管平滑肌细胞增殖和血栓形成发作的组合,在中等大小的动脉中。PPH中肺灌注模式的研究,不包括旨在区分PPH和慢性血栓栓塞疾病的人,是稀缺的。然而,使用计算机断层摄影(CT)的调查表明,具有全身硬化和次级肺动脉高血压的患者在肺的依赖性和无依赖部分之间具有降低的密度梯度,与类似肺血管抗性的类似患者相比8..其次,使用Technetium-99m标记的大草种白蛋白,在PPH患者中,与正常受试者相比,PPH患者的引力梯度被证明是更均匀的,在直立和仰卧位9.使用正电子发射断层扫描(PET)报道了类似的结果10..
在本研究中,EBCT用于研究PPH患者的局部肺灌注,并评估静脉输注腺苷(一种在肺血管可逆性试验中常规使用的短效血管扩张剂)的反应变化11..为了比较,还在五名雄性,非莫克兵,健康受试者中研究灌注。
方法
所有受试者都对该实验议定书作出书面和知情同意,该议定书经皇家布朗普顿医院伦理委员会批准,旨在尽量减少辐射照射。PPH患者的有效剂量为2.2 mSv,正常患者为1.1 mSv(约为常规胸腔连续CT有效剂量的25和12.5%)。
急性血管扩张试验
作为其临床调查的一部分,所有患者患有PPH的患者12.在该机构进行了急性(治疗性)血管扩张剂试验,在心导管实验室或重症监护病房使用腺苷来评估其是否适合长期口服血管扩张剂治疗13.. 在放置桡动脉(Abboth,Abbott,Ireland)和肺动脉(Arrow International,Reading,PA,USA)导管后,为期20天 使min达到血流动力学稳定状态。开始静脉输注腺苷(5、10、30、50、100、150、200) µg·kg·min−1.13.通过肺动脉导管的输注口,每剂量施用3-5分钟。肺和全身血管动力学数据以基线记录在每个计量间隔结束时的稳态条件下。在导管球囊的膨胀之后估计肺动脉闭塞压力,在末期捕获并在三个呼吸循环中进行平均值。心输出测量一式三份拍摄,每次在室温下注射10ml 5%葡聚糖后,并平均。使用标准方程计算血管电阻。阳性血管扩张剂应答定义为肺血管抗性(PVR)降低20%。腺苷的剂量增加,直至获得阳性反应,患者遭受副作用(胸部不适,冲洗)或在全身动脉压下临床相关的秋季。
计算机断层扫描协议
在所有情况下,将受试者置于CT扫描仪(iMatron C150L,Imatron Inc.,旧金山,CA,USA)内的仰卧位。为了构建时间密度曲线,在快速,自动喷射之前,在快速,自动喷射之前,在单个水平下进行快速的多段扫描采集,在快速,自动化注射(60ml处为20mL·s。−1.;Angbal-Flarsheim公司,辛辛那提,俄亥俄州,美国)的无线电不透明造影材料(Omnipaque 300 mgi·ml−1.,Nycomed,Amersham,英国)。在每项研究中,获得15-20个6 mm的截面。每个部分的采集时间为100分钟 ms。采集每幅图像之间的时间间隔旨在为肺实质和左侧循环(降主动脉)构建完整的时间-密度曲线。扫描是心电图门控的,每个序列在吸气屏气动作期间进行。在完成实验方案后,使用挤压丙烯酸管的带阻器进行校准研究,每个管的浓度增量为(0-18 mg·mL−1.)碘化对比。将带状器放置在泡沫部分上,使其在扫描仪的重建圈的中心。
实验方案
完成急性血管扩张剂研究后,将PPH患者移动到CT扫描套圈。患者留下15分钟以达到稳定状态。在此期间结束时,在吸气的呼吸持有机动期间获得了多序扫描,在右侧半膜膜上高于右侧膜片上方2-3厘米。射线照相对比通过肺动脉导管的侧臂递送。然后开始腺苷输注,在现有血管扩张剂研究中显示出在PVR中产生显着下降的最小剂量。在5分钟后,为了允许稳态发展,在重复吸气的呼吸阻止机动期间,在原始水平下执行第二多序扫描。在每个多序扫描之前立即获得一整套血液动力学数据,包括心输出研究。
在正常对象中,以相同的方式执行单个多序扫描。射线照相对比度被交付通过大的输卵管前窝静脉中的静脉插管。
使用电子束计算机断层扫描计算灌注
使用EBCT和遵循Sapirstein原理,可以使用从传统微球方法的方程来计算灌注来计算血流分析5.,14.如下: PBF代表血液流动,v是肺的单位体积,ΔPul表示由于造影材料和∫C,峰值Hounsfield单元(HU)变化da,dt.表示通过伽马变化拟合下降主动脉的时间密度曲线下的区域。
为了表达每单位体积的肺实质体积,假设感兴趣的区域(ROI)由空气和“水”组成(即血液和实质)。这些成分的不同密度允许使用CT灰度或Hounsfield数计算每个ROI的比例。例如,可以通过将ROI的CT均值减去纯净空气的CT值,得到一个反映所选区域内实质和血液数量(密度)的值。将这个值与从水(0 HU)到空气(1000 HU)的连续体进行比较,可以计算出ROI中水(血液和实质)的百分比,如下所示7.: ROI的空气分数仅仅是一个水分。此外,可以通过将ROI的时间密度曲线与进给/排水容器的时间密度曲线进行比较来计算ROI内存在的血液量: 其中C.ROI,DT.表示ROI和C的时间密度曲线下的区域da,dt.降主动脉。
从含水量中减去结果,得到ROI(肺实质)的百分比。然后,可以通过将每毫升肺组织(血液、肺实质和空气)的绝对血流量除以ROI中肺实质的比例来计算每单位体积肺实质的血流量。
使用EBCT的心输出测量基于Stewart-Hamilton方程,其中碘化造影剂用作指示器5.,15., 如下: 其中k代表碘浓度的恒定Hu值(Hu·Mg−1.),300是每毫升对比度的碘量(mg·ml−1.),V是注入(ml)的对比度(ml),60是从几秒钟到几分钟的校正因子,AUC表示在下降的主动脉时间密度曲线下的区域,1,000是从ml到l的校正。
图像分析
获得的图像在离线工作站上查看,并使用扫描仪的专有软件进行分析。将ROI分为5个区域,分别为依赖性非依赖性肺距离的10%、30%、50%、70%和90%,并使用agamma变量拟合为每个ROI构建时间-密度曲线,以排除再循环。最初,作者建议使用两种方法来计算每个样本区域的灌注,正如之前使用该技术的研究所述。首先,单一投资回报率(ROIS)样本区域为7-10厘米2.(第4-6卷) 厘米3.; 无花果。 1a⇓) 被雇佣。在具有PPH的受试者中,当信噪比低时,获得了多次灌注估计(n = 3),并且对于该ROI进行平均记录。在第二个分析中,多个较小的ROI(ROIM)近似样品面积为1厘米2.(体积0.6厘米3.)目的是避免所有的肺血管(图。 1b⇓)。该第二技术不能在具有PPH的受试者中可重复应用,因为信噪比太低。使用先前概述的技术计算灌注。还计算了使用手绘装置的给定部分的平均灌注的相对灌注,以定义包括整个肺截面的ROI,除了蚕龟和大型中央容器之外,还衍生。
统计分析
每次干预期间通气和血流动力学参数的比较,以及区域灌注(ROI)的差异S)使用方差分析(ANOVA)进行比较在相同的研究条件下。用于灌注分布的比较(ROIS)在不同的研究条件下,应用了双向ANOVA。p值≤0.05被认为是显着的。
结果
PPH患者的基线人口统计和生理数据总结在表1中⇓.在重症监护病例中进行的试验期间,所有均显示对静脉内腺苷的阳性血管扩张剂反应。研究了5名男性,非镜头,健康受试者年龄27-32岁。通过所有受试者耐受CT协议,并且没有记录不良事件。
血液力学
表2中显示了在CT协议中,在CT协议中施用腺苷期间的结果,表2中显示⇓. 组数据显示心输出量(CO;2.74±0.12对3.34±0.2 L·min−1.;p = 0.06),肺动脉压低(Ppa;65.4±2.11.对55.6±3.31毫米汞柱;p=0.06), PVR降低(1584.5±142.5 v),差异无统计学意义ersus.1012.5±116.3达因·s·厘米−5.;p = 0.13)。腺苷的施用导致平均动脉压(MAP; 99.8±6.5的统计学上微不足道对105.2±6.5 mmHg;P = 0.13)和系统性血管阻力的降低(SVR; 2540.4±247对2211.6±189迪恩斯·s·cm−5.;p = 0.19)。
灌注
使用ROI的检查S在正常受试者中揭示了在灌注中的标记的非依赖性梯度(P <0.01),最大灌注值达到肺部垂直距离的75%。在较低的大多数地区,灌注仍然含量较低/略有下降。Bycontrast在基线条件下,PPH患者的灌注值显着低于正常个体(P <0.01)的患者(P <0.01),并且在所有ROI中显示均匀的垂直梯度(P = 0.99;图2⇓). 在患有PPH的受试者中,尽管灌注分布保持不变(p=0.43,p=0.01),但给予腺苷可增加所有ROI的灌注(p<0.01);无花果。 3.⇓)。使用ROI检查区域灌注M在正常的个体中,再次检测到不依赖于依赖的梯度。此外,使用高空间分辨率技术的使用证实了肺部的解剖学闭合区域中的显着灌注异质性(图4⇓)。
讨论
这项研究表明了一些重要的发现。首先,当用大ROI进行采样时,使用EBCT在正常肺中确认灌注的重力梯度,其在具有PPH的受试者中不存在。此外,高空间分辨率分析证实了正常对象的肺部分子段的解剖学相关区域之间的标记程度的灌注异质性。其次,与正常个体相比,PPH的受试者中,肺灌注值明显减少。最后,添加非选择性血管扩张剂腺苷导致肺灌注的广义增加。这些代表使用EBCT和使用现有技术获得的确认结果。
在目前的研究中,正常受试者中记录的肺灌注的绝对值与使用此中获得的先前获得的估计值相当4.和其他技术16.,17.,并显示(当使用大ROI时)灌注的重力梯度。这与传统观念一致,认为肺灌注的分布是通过肺泡、肺动脉、静脉和间质压力的相互作用来解释的1.,2..另外,在相同的主题中,使用更高分辨率的采样技术在肺部的解剖学上闭合区域揭示了相当大的区域灌注异质性。该发现与使用高空间分辨率微球的更新的实验数据一致,这表明肺血管树的分支图案导致灌注的更加异质性,而不是单独的重力解释;所谓的分形假设3..
相比之下,在具有PPH的受试者中,在肺部显着降低灌注水平和均匀。虽然已知在PPH中是一种降低的肺泡毛细血管血量18.之前没有任何研究记录动物或人类的绝对灌注值。然而,鉴于肺循环受限和心输出量减少(这是该病的特征),观察到的降低值并非意外。
迄今为止,由于对人类受试者应用现有技术的技术困难,PPH中的区域灌注几乎没有研究。在具有与全身硬化相关的孤立肺动脉化的受试者中使用常规CT,发现与具有正常肺血管动力学的类似组相比,已发现依赖和非依赖区之间的肺部密度梯度降低8..通过CT测量的肺的衰减反映了肺的物理密度,并通过气体,血液,血管外液和实质的相对比例决定。在正常的个体中,从不依赖于依赖区域的密度增加了密度。可能的解释包括在依赖区域中增加灌注,依赖于依赖区域或两者的组合发生微观程度。鉴于扫描采集方案是相同的并且被排除了实质肺病,在系统性硬化和肺动脉高压患者中看到的密度梯度降低被解释为该组中灌注均匀分布的证据。肺灌注模型用于研究12名正常受试者的灌注的分布,10名患有突出的肺动脉高血压患者(8名患者被归类为PPH和两种作为血栓栓塞肺动脉高压),两者都在仰卧和直立位置9.通过氙-133平衡通风扫描校正灌注分布对肺体积进行校正。在两个位置,与患有预先肺动脉高压患者相比,正常受试者较低的区域灌注比更大。使用PET测量区域肺密度和血量(标记11.CO),慢性肺动脉高压患者(艾森梅曼综合症和两名患者患者的患者,血管患者,发现血容量的区域分布异常均匀10..区域肺灌注的传统模型表明,预期肺动脉高压会更均匀地分布灌注1.,2.在实验模型中,它已被证明与Ppa19..在这项研究中的平均值Ppa在研究仰卧的患者组中,在患者组中高(65.4 mmHg,没有腺苷,腺苷输注期间55.6mmHg)。因此,垂直肺距离很小。然而,在相同条件下扫描的正常受试者在灌注中显示了一种非依赖/依赖性梯度。
在CT协议期间腺苷的给药导致CO和减少增加Ppa,刚刚未能达到统计学意义(P = 0.06),以及SVR和PVR减少的趋势。这与给予中央静脉中的血管扩张器的影响一致,这导致由于其短暂的作用持续时间而导致肺血管舒张。对该组受试者的腺苷对腺苷的血液动力学反应与其他调查人员报告的相当11.,20.. 灌注研究显示所有ROI的灌注普遍增加(44±7.7%),灌注的区域分布没有变化。腺苷是一种血管扩张剂,起作用通过细胞内A.2.血管平滑肌的受体。当中央静脉输注给出时,如本研究所述,它分布到肺部的所有灌注区域,导致观察到的广义血管舒张。
虽然本研究的结果是在具有PPH和正常肺部的对象中保持现有数据,但确认了实验方法方面的许多限制。使用EBCT的灌注计算基于指示剂稀释和微球算法的组合。以前在模型和动物研究中的实验工作表明,使用该技术的组织灌注测量可能低估灌注的真实值,主要是由于来自组织的早期损失,导致透明度降低13.,21.,22..当对比剂通过组织的平均传输时间较长时,这种情况可能会加剧,从而导致PPH患者出现更大的错误。因此,正常受试者和PPH患者之间的灌注值差异可能被高估了。其次,放射造影剂,即使是非离子介质,也具有轻微的血管扩张特性23.,24.. 在PPH患者中添加腺苷后,这种效应在灌注增加中的相对重要性难以量化,但在之前的研究中,受试者在相同条件下进行了两次研究,其影响似乎很小4..最后,本研究中使用的扫描仪模式仅允许灌注以在单个切片(6mm)中计算。同时,多切片成像,覆盖高达8厘米的患者。然而,在这种格式中,减少了图像的分辨率和信噪比,这将损害记录灌注的能力,特别是在PPH中观察到的低流量状态。初级肺动脉高血压是弥漫性疾病过程,其中肺部所有区域都涉及,作者推测,一个区域中看到的效果反映了其余肺部的影响。使用这种技术,作者无法评论正常个体与PPH之间的血流血流血流的差异,或在引入腺苷后与PPH的受试者。
总之,在仰卧人肺的休息条件下存在灌注的垂直梯度。在具有初级肺动脉高压的受试者中,降低灌注值并在整个肺部灌注是均匀的。在具有初级肺动脉高压的受试者中,血管扩张剂腺苷的输注导致所有肺部区域的灌注增加。在所讨论的范围内,该研究的结果与该地区有限文献中引用的那些,以及初级肺动脉高血压的可接受的生理概念一致。
- 已收到二○○三年三月二十六日。
- 认可的2003年8月5日。
- ©ers Journals Ltd