慢性高原病（chronic mountain sickness，CMS）又称Monge's病^[1]，是指长期生活在海拔2500米以上高原的世居者或移居者，对高原低氧环境逐渐失去习服而导致的临床综合征^[2]，其临床特点常表现为红细胞过度增多和肺动脉压力显著增高^[3]。据估算，我国四大高原约有30万人患有CMS，其中青藏高原患病人数约25万，其患病率在西藏部分地区甚至超过10%^[4,5]。因此CMS是高原人群严重的公共健康问题。

       据研究，青藏高原缺氧和寒冷两大自然环境因素与CMS患者各个系统的结构、功能、代谢等方面的改变密不可分^[6]，其发病机理十分复杂。在较晚期的阶段，这些患者经常会出现有关肺循环结构和功能的改变^[7]，但这方面的研究较少。而磁共振相位对比法（phase contrast MR imaging，PC-MRI）不仅对血管解剖结构能有较好的显示，而且能定量地获得其血流动力学信息（如流速、流量和压力等）^[8]。为了深入了解高海拔环境对人体主肺动脉影响，本研究应用二维（two dimension，2D） PC-MRI技术对CMS患者主肺动脉进行分析，从影像学角度探讨CMS患者主肺动脉改变特点。

1　材料与方法

1.1　研究对象

1.1.1　CMS组

       选取我院2016年12月-2018年3月经临床确诊的22例男性成年CMS患者，血红蛋白(hemoglobin，HGB)值为（230±7） g/L，年龄19~56岁，平均（39.5±13.2）岁。患者居住海拔高度3000~4500 m，平均（3655±415） m。所有入组病例均符合CMS的诊断标准^[2]：(1)纳入标准：①居住海拔高度超过2500米且时间大于6个月的人群。②临床常表现为头痛、头晕、气喘、局部紫绀、红细胞增多等征象。③CMS青海计分法：依据有无气喘和心悸、失眠、紫绀、血管扩张、感觉异常、头痛、耳鸣临床症状及HGB浓度进行计分，便于定量诊断。(2)排除标准：①患有肺结核、慢性肺源性心脏病、肺癌等慢性肺部疾病者。②由慢性呼吸功能紊乱或某些慢性病变而导致继发性红细胞增多者。③居住海拔低于2500米或时间少于6个月的人群。

1.1.2　正常对照组

       纳入20名男性志愿者作为对照组，既往无心肺疾病的相关病史，无高血压、糖尿病；HGB值为(172±9) g/L，其余血常规检查正常；年龄21~58岁，平均(44.9±9.8)岁；居住海拔高度3000~4500 m，平均（3562±363） m。CMS组与正常对照组在年龄、居住海拔高度差异均无统计学意义(t、P值分别为1.486、0.152；0.767、0.449)。本研究通过医院伦理委员会批准，所有受检者均知情并签署知情同意书。

1.2　方法

1.2.1　仪器及扫描序列、参数

       使用Philips Achiva 1.5 T磁共振扫描仪及心脏专用线圈、心电、呼吸门控和屏气技术，仰卧位，头先进，于呼气末屏气扫描。采用梯度回波序列(T1WI/TFE)行常规心脏电影扫描，获取矢状位的右心室流出道层面（right ventricular outflow tract，RVOT）图像（图1），以此为基准在距肺动脉瓣环20 mm左右处定位，垂直其长轴，采用2D/QF序列扫描获得两组动态图像：幅度图（图2）及相位图（图3）。T1WI/TFE序列扫描参数：TR=2.5 ms，TE=1.26 ms，翻转角60° ，FOV 320 mm×320 mm，层厚10 mm，层间距：2 mm，采集矩阵160×144. 2D/QF序列扫描参数：TR=5.2 ms，TE= 3.2 ms，翻转角12° ，FOV 320 mm×320 mm，层厚8 mm，层间距：0 mm，采集矩阵128×126。每个心动周期包含30个时相。

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图1  常规心脏电影扫描获取矢状位RVOT图像，按照绿色定位线扫描获得幅度图及相位图
图2  幅度图：信号强度仅与流速有关，不具有方向信息
图3  相位图：信号强度不仅与流速有关，还可以定量检测，并具有血流方向信息，正向：高信号，反向：低信号
图4  主肺动脉QFlow软件分析界面
图5  QFlow软件自动计算结果界面，其中包括时间-流量曲线及各参数
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.

1.2.2　图像后处理及计算

       将扫描获得的图像传入Philips心脏专用分析后处理工作站上，使用QFlow软件打开相位图，单击Draw Selected Contour，沿主肺动脉血管内缘对血管横截面积（cross-sectional area，CSA）进行标记，双击最后一个标记点完成标记。选择Enable Active Contours，软件会对所标记时相的CSA进行自动调整。再选择Propagate Direction，一个心动周期内30个时相将会被全部标记。最后对每个时相的CSA标记点进行手动微调，以确保其在靶血管内（图4）。

       经过上述图像后处理，软件会给出所需要的每个期相主肺动脉各参数值，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)和反流分数(regurgitant fraction，RF)（图5）。其他计算参数公式如下：

       MPA相对扩张度（relative dilatation degree，RDD）^[9]=(CSAmax-CSAmin)/CSAmin×100%

       MPAP估测方法采用Laffon等^[10]提出的公式如下：

       PpaComp (computed mean pulmonary arterial pressure value)是估算出的MPAP，单位为mmHg；Umax是主肺动脉PPV，单位为cm/s；Smax是主肺动脉CSAmax，单位为cm²。height、weight、HR分别为受试者的身高、体重及心率，单位分别是m、kg、次/min。

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1.3　统计学分析

       采用SPSS 19.0统计学软件分析各参数，计量资料用均数±标准差(±s)表示，分析前对数据进行正态性检验，两组均符合正态分布，故采用两独立样本t检验，以P<0.05认为差异有统计学意义。

2　结果

2.1　结构参数

       两组间MPA的CSA及RDD指标均出现改变，与对照组相比差异具有统计学意义(P均<0.01)，见表1。

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表1  两组间MPA结构参数比较(±s)
Tab.1  Comparison of MPA structural parameters between two groups (±s)

2.2　血流动力学参数

       CMS患者PPV指标较健康志愿者明显减小(P=0.015)；其PNV及RF指标较对照组明显增大，且差异均具有统计学意义(P分别<0.01及0.004)；而RVSV虽然较对照组略有增加，但差异无统计学意义(P=0.411)，见表2。另外，CMS组[(36.71±12.36) mmHg] MPAP较对照组[(15.77±6.69) mmHg]明显增大(P<0.01)。

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表2  两组间MPA血流动力学参数比较(±s)
Tab.2  Comparison of MPA hemodynamic parameters between two groups (±s)

3　讨论

       心导管术一直以来被认为是诊断及研究心血管疾病血流动力学的金标准，是评价肺动脉压力的重要方法，但其创伤性及放射性一直为检查者与受检者所诟病。经胸多普勒超声检查具有无电离辐射、重复性好和经济实用等优点，易被多数患者接受，是最常用的无创性检查方法^[11]，但是胸部气体及骨质结构等对超声波的传导受到限制，故其在胸部大血管方面的研究较为局限。随着新序列的开发，加上高空间及时间分辨率等特点，MRI在心血管成像方面的应用日益增多。PC-MRI是利用流动所致的宏观横向磁化矢量（Mxy）的相位变化来抑制背景、突出血管信号的一种成像方法。在层面选择梯度与读出梯度之间施加两个大小和持续时间完全相同，但方向相反的梯度场即双极梯度场。对于静止的质子群，两个梯度场作用抵消，在TE时刻相位离散，因此两种组织间形成相位差异，产生相位对比。影像上像素强度代表的是磁化矢量的相位变化，与质子群的流速有关，流动越快则相位变化越明显。PC-MRI的优点主要为背景组织抑制好，有助于对小血管的显示。Nogami等^[12]利用PC-MRI、右心导管及超声心动图技术对肺动脉高压患者肺血流和压力的评估中表明，三者测量出来的结果差异无统计学意义而表现为一致性。雷晓燕等^[13]对平原地区正常健康志愿者的研究显示，利用PC-MRI及多普勒超声技术测量肺动脉最大流速、平均流速以及1个心动周期的血流量值均接近，但该方法在CMS患者MPA研究上应用较少。

       本研究利用PC-MRI成像技术对于在高海拔缺氧及寒冷环境下CMS患者的MPA结构、血流动力学及压力改变的特点进行了初步研究。RDD是指在心动周期中管腔面积的相对变化，它反映了血管的弹性。利用PC-MRI测量结果显示CMS患者MPA扩张、弹性降低，这是由于长期高原低氧环境影响肺动脉中膜及其肌化，整个过程减少了肺动脉内径；此外，缺氧在引起外周血管收缩、回心血量增加和肺血量增多的同时，呼吸道的神经细胞受到刺激而引起低氧通气反应，也会使肺血管收缩，导致肺动脉高压^[14]。CMS患者长期生活于高海拔低氧环境，显著的肺动脉高压势必会超过肺动脉的代偿能力，导致肺动脉僵硬度增加，最终引起主肺动脉增宽。

       峰值流速是收缩期内最大或舒张期内最小的平均血流速度。Laffon等^[10]与Masuyama等^[15]的研究结果表明，随着肺动脉压力的增加，肺动脉PPV会相应降低，而PNV会相应升高。为了适应低氧环境，肾脏会产生过多的促红细胞生成素刺激骨髓造血组织，使周围血液中红细胞数增加，血液粘滞程度也随之递增，从而减慢血流速度，导致PPV降低。Bogren等^[16]认为肺动脉高压患者中有明显不规则的大量反向流量。长期低氧刺激影响肺动脉内膜增生，导致肺动脉管腔粗糙，因此在近管壁处会产生一些湍流，湍流处就会产生反流，而肺动脉压力增高及肺动脉扩张会加重反流。本研究中RVSV改变差异无统计学意义，这一点与谢冬梅^[17]的研究相符，可能与高原低氧环境下右心室代偿有关。

       综上所述，CMS患者长期在低压缺氧环境下导致MPA横截面积扩张和弹性降低，血流速度改变，反流分数及MPAP均有不同程度增加，最终导致肺动脉高压。PC-MRI检查技术能够无创、准确地提供这些信息，从而达到初步评估主肺动脉改变特点的目的。

       但本研究有一定的局限性：(1)由于地理环境、语言及时间的限制，被接受评估的患者数量较少；(2)扫描时间长，少数患者难以配合；(3)2D PC-MRI成像技术未保持血管内血流的一致性，测量结果可能有偏差。需要在今后的工作中继续增加样本含量，优化扫描序列，弥补不足，为今后CMS患者临床诊断、治疗、预后评估提供新的依据。