基于4D血流心脏磁共振的右心血流动力学评估：揭示右心房涡流模式与右心室血流成分在疾病中的变化规律

《European Heart Journal - Imaging Methods and Practice》：Right Heart Flow Haemodynamic Assessment using 4D Flow CMR: A Systematic Review

本综述系统分析了17项研究（894名参与者），探讨4D Flow CMR在评估右心房和右心室血流动力学中的应用。研究发现，健康个体右心房存在主导性涡流，而肺动脉高压患者则出现右心室直接血流减少和残余容积增加等特征性改变。该技术通过量化血流模式、动能和能量损耗，为右心功能障碍的早期诊断和预后分层提供了新视角。

　　

在心血管疾病领域，右心功能长期以来扮演着"被遗忘的角落"的角色。然而近年来越来越多的证据表明，右心功能障碍与多种心血管疾病的发病率和死亡率密切相关，这促使研究人员重新审视这个曾经被低估的心脏部分。右心由右心房（RA）和右心室（RV）组成，作为一个低压力、高顺应性的心肺循环单元，其功能效率依赖于持续的静脉回流、层流血流维持和低流出阻力。然而，传统的影像学方法难以全面评估这些复杂的三维血流动力学特性。

正是在这样的背景下，4D血流心脏磁共振（4D Flow CMR）成像技术应运而生。这种先进技术能够捕获三个空间维度上随时间变化的血流速度，为研究人员提供了一个独特的窗口来观察右心内部的复杂血流动力学。由Alexander Gall、Rui Li、Gareth Matthews、Karl-Philipp Rommel、Joo L. Cavalcante和Pankaj Garg组成的国际研究团队在《European Heart Journal - Imaging Methods and Practice》上发表了一项系统性综述，旨在全面评估4D Flow CMR在右心血流动力学研究中的应用价值。

研究人员通过系统检索Scopus数据库（截至2025年3月），筛选出17项符合条件的研究，共纳入894名参与者，包括健康志愿者和肺动脉高压（PH）患者。研究使用AXIS工具进行质量评估，并采用叙述性综合方法对右心房血流动力学、右心室血流成分、动能（KE）和能量损耗（EL）等参数进行分析。

关键技术方法包括：使用不同场强（1.5T或3T）的CMR扫描仪进行4D Flow CMR数据采集，速度编码范围在100-220 cm/s之间，空间分辨率为1.0×1.0×1.0 mm3至3.0×3.0×3.0 mm3，时间分辨率为20-68 ms。研究队列来源包括健康志愿者、肺动脉高压（PAH）患者、慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH）患者以及伴有左心室重构的缺血性心脏病患者。

右心房血流动力学

五项研究利用4D Flow CMR描述了右心房血流动力学特征。在健康成年人中，右心房血流通常由一个主导的顺时针旋转涡流所特征，该涡流主要由下腔静脉（IVC）流入驱动，而上腔静脉（SVC）流入则通过避免流线碰撞促进涡流形成。研究发现，79%的总右心房血流由主要涡流组成，该涡流有助于保存动能，且74%的右心房流入血流在单个心动周期内通过右心房。

然而，右心房血流模式存在明显异质性，即使是在健康人群中也是如此。Dewhurst等人证实，大多数健康受试者（13/18）存在单一有组织的涡流，而部分个体则显示多个涡流或无组织涡流形成。Parikh等人比较了健康对照组与伴有卵圆孔未闭（PFO）的隐源性卒中患者，发现单一有组织涡流在隐源性卒中-PFO组中显著较少（2例 vs. 8例对照），并将此发现与上、下腔静脉入口点的左右分离度较大相关联。

年龄相关的改变也十分显著。Wehrum等人基于人群的研究（n=126）显示，年龄<60岁的个体中大多数（79/86）表现出单一有组织涡流，而年龄≥60岁的个体中血流湍流显著增加，12/39的受试者未显示旋转性右心房血流。这可能与观察到的年龄相关解剖学变化有关，包括腔静脉轴的外侧化和右心房容积增加。

Fenster等人对肺动脉高压（PAH）患者和健康对照组进行了右心房和右心室涡流的定量分析，作为右心室舒张功能障碍（RVDD）的标志物。他们证明，与对照组相比，RVDD患者的A波涡度显著增加而E波涡度降低，这些标志物与经胸超声心动图（TTE）的RVDD标志物相关。

右心室血流成分

右心室血容量被分为四个血流成分：直接血流（DF）、保留流入（RI）、延迟射流血（DEF）和残余容积（RVo）。早期研究由Fredriksson等人（2011年）使用4D Flow CMR路径线可视化来绘制心内血流图，将右心室DF成分描述为通过心室基底部和中部的平滑曲线，大部分不涉及心尖部。

Zhao等人（2023年）在163名健康个体中报告了血流成分，DF、RI、DEF和RVo占舒张末期容积（EDV）的中位值分别为35%、17%、16%和30%。他们还发现了右心室血流成分的显著性别差异，女性表现出较低的中位右心室RVo（27% vs 33%）和较高的中位右心室DF（38% vs 34%），但该队列中未发现衰老对右心室血流成分的显著影响。

在疾病状态下，这些参数显示出明显变化。Fredriksson等人（2016年）证明，在轻度缺血性心脏病和左心室重构患者中，与早期重构和健康对照组相比，右心室DF随着左心室重构程度的增加而降低。三项针对肺动脉高压患者的研究一致显示，与对照组相比，右心室DF显著降低，而右心室RVo显著增加。

Xu等人（2023年）不仅证明右心室DF和RVo与右心室功能和重构标志物相关，还证明了它们对预测平均肺动脉压（mPAP）≥25mmHg具有良好的敏感性和特异性，阈值分别为右心室DF<11%和RVo>42%。Wang等人和Zhao等人（2022年）同样在PAH患者队列中证明了右心室血流成分与右心室功能障碍、重构和肺血管阻力（PVR）标志物的相关性。

动能

九项研究量化了心内血流动能（KE），并将其索引至舒张末期容积（KEiEDV）。在健康受试者中，Fredriksson等人（2011年）发现右心室DF成分在舒张末期拥有的KE显著高于其他右心室血流成分。

Zhao等人（2023年）和Barker等人报告了右心室KEiEDV的参考值，均显示舒张期KE随年龄变化。两项研究均显示，随着年龄增长，峰值E波KEiEDV下降而峰值A波KEiEDV增加，随后KEiEDV E/A比显著下降。Zhao等人（2023年）还报告了性别差异，女性表现出较高的中位右心室全局、右心室平均舒张期和右心室峰值E波KEiEDV。

疾病状态下也观察到KE的改变。Han等人报告了PAH患者更高的KE功密度，而Zhao等人（2022年）报告与健康对照组相比，PAH患者的峰值E波KEiEDV显著降低。Fredriksson等人（2016年）发现，相对于总EDV KE，右心室DF成分拥有的KE（DF/EDV KE比）在原发性左心室疾病和更严重左心室重构的患者中显著较低。

Arvidsson等人（2013年）专门量化了健康志愿者整个心动周期中的右心房和左心房（LA）KE，发现平均右心房KE显著高于平均左心房KE（1.7±0.1 mJ vs. 1.1±0.1 mJ）。在两个心房中观察到三个KE峰值：心室收缩期、心室早期舒张期（E波）和心房收缩期（A波）。旋转血流比非旋转血流能更好地保存能量。

能量损耗和其他血流动力学参数

Nakaji等人评估了健康个体右心内部的能量损耗（EL），报告了收缩期（在右心室流出道/肺动脉）和舒张期（在右心室内涡流内）的EL峰值。右心系统的平均EL指数为0.63±0.16 mW/m2，低于左心室系统报告的数值（1.02±0.26 mW/m2）。Han等人专门测量了主肺动脉中的粘性能量损耗，发现PAH患者显著高于对照组（分别为KE输出的21.1±6.4% vs. 2.2±1.3%）。

Arvidsson等人（2017年）使用4D Flow CMR计算了健康受试者和精英运动员的3D血流动力学力。发现右心室力既有纵向也有轴向，与左心室主要观察到的纵向力形成对比。这在将血液从右心室流入道转移到流出道时引起了"弹弓式加速"。

研究结论与意义

这项系统性综述表明，4D Flow CMR能够可视化和量化右心房和右心室的复杂血流模式，并推导出新的血流动力学指标。研究结果揭示了健康状态下的特征性血流模式，包括主导的右心房顺时针涡流和独特的右心室血流成分，这些在疾病状态（特别是肺动脉高压）中发生显著改变。

右心房动力学方面，单一主导旋转涡流在健康个体中的频繁观察表明其对于有效心房功能的核心作用。然而，血流模式的异质性挑战了单一有组织涡流作为唯一"正常"模式的概念，这种异质性与腔静脉的解剖变异相关。年龄相关的有组织涡流减少和湍流增加代表了重要发现，可能与年龄相关的腔静脉排列改变、充盈压力增加和随后的右心房重构有关。

右心室血流动力学方面，将右心室功能分为四个血流成分为理解右心室效率提供了一致的框架。疾病状态下一致报告的指标表明有效心室吞吐量减少而静态成分增加（DF减少/RVo增加），代表了衰竭的心室状态。这些标志物与更成熟的指标（包括右心室射血分数、右心室容积和右心室整体纵向应变）以及有创血流动力学测量值（如PVR和mPAP）密切相关，加强了这些参数的临床效用。

动能和能量损耗评估为全面理解右心功能增加了另一个维度。KE变化反映了右心房涡度的发现，暗示右心房血池的KE包含在涡流内，凸显了有组织心房血流对于有效右心功能的重要性。旋转血流比非旋转血流能更好地保存动能，强调了右心房血流动力学而非心室力在右心室充盈中的重要性。

尽管存在研究样本量相对较小、方法学异质性和横断面设计等局限性，但这项研究为4D Flow CMR在右心血流动力学评估中的应用提供了有力证据。该技术提供的定性和定量标志物在无创评估右心功能和早期识别右心功能障碍方面显示出早期潜力。未来的研究需要标准化这些参数的获取和报告，确定按年龄、性别和种族的正常值，并调查这些右心疾病早期标志物的长期影响。

总之，4D Flow CMR通过量化血流模式、成分和能量学，提供了对右心功能的全面概述，在改善右心疾病的诊断、管理和预后分层方面具有重要前景。随着技术的进一步发展和标准化，这些先进的血流动力学参数有望成为临床评估右心功能的重要工具，为心血管疾病的精准医疗开辟新的道路。