影像学技术对膈肌的研究进展
来源:网络 时间:2017-07-01 15:33:00
。MRI成像优点:具有无创伤、无射线、软组织对比分辨率高和能直接做冠状位、矢状位、横断位和各种斜位成像。这也是是MRI相对于CT扫描的一大优势。特别是对呼吸运动的动态研究中可以任意切面扫描,可同时对胸廓、膈肌进行研究,使得认识更加全面、准确、客观。MRI不足:由于其可及性差、费时及费用大的缺点使得我们一般将它作为研究膈肌的二线检查方法。但是近些年来,利用MRI不同的扫描序列进行的快速成像成为国际上研究的热点,技术日新月异,研究的内容包括:不同呼吸状态下膈肌的运动,三维重建膈肌、胸廓、肺容积,以及对整个肺的运动等。
2.3.1 快速梯度回波脉冲序列MRI研究膈肌的运动:1995年Gierada等首次证实了用快速梯度回波脉冲序列来研究膈肌呼吸运动的可靠性。测量了矢状位上膈肌不同点的运动情况。得出:膈肌的绝对位移在右侧是4.4 cm,左侧是4.2 cm。膈肌的运动幅度两侧部分大于中间部分。
1999年Suga用1.5MR,turbo-FLASH和HASTE序列,利用通过电影回放技术、图像融合和时间距离曲线来动态评价28个肺气肿患者(包括9个经过肺减容手术患者)膈肌、胸壁在呼吸运动中的位移(D/CW)。得出:①和正常对照者规则、同步的D/CW相比,肺气肿患者D/CW则减小,而且显示出不规则、不同步运动;特别是最大膈肌、胸壁位移D/CW(MAD,MACW)显著减小;②肺气肿患者膈肌与胸壁对合区域的长度(LAD)显著减小;③肺气肿患者经过肺减容手术后D/CW 的构型、活动度得到改善;MAD、MACW、LAD显著增加;④MAD、MACW与EFV1%显著相关。与CT扫描相比,患者即使没有明显的肺气肿体征,磁共振仍然可以发现异常的胸壁运动。
2000年Unal等利用0.3T MRI采用梯度回波序列,荧光透视的方法研究COPD患者膈肌的运动功能。检查以后,用电影回放的方法显示中央冠状位层面膈肌的最高、最低位置,并测量膈肌的运动幅度。得出:COPD患者膈肌的位移明显减小,而且膈肌的位移与第一秒呼气容积密切相关。
2002年Iwasaw等利用1.5T MRI评价膈肌的反常运动。得出:肺气肿患者在深呼吸时,其膈肌运动幅度的平均值是(10±0.04)cm明显高于正常人(0.5±0.002)cm。
2.3.2 MRI三维重建研究膈肌面积:1992年Paiva M等运用MRI在FRC(功能残气量)时测量了膈肌的三维结构,并计算了膈肌的总面积,膈肌与胸壁对合区左右的表面积,膈肌的曲率半径。得出的结论是:膈肌与胸壁对合区的面积大约占膈肌总面积的(45±1.5)%,这占了膈肌肌性部分相当大的比例。在仰卧位FRC(功能残气量)时至少松弛的人膈肌的后半部分可以通过拉普拉斯定律来解释。
1994年Gauthier AP等三维重建了4个正常男性的在MRI下的膈肌形态。他们将一个可以弯曲的里面充满特殊液体的管子围在肋骨边缘,用以确认膈肌束的起点。受试者在仰卧位分别在RV(残气量),FRC(功能残气量),FRC+(功能残气量+?深吸气量),TLC(肺总量)四个时相进行图像采集。在进行图像处理时,选一个接近于剑突的点作为卡迪尔坐标系的原点,知道了每个图像与这个点的关系及最边界层面的距离、共扫描的层数就可以三维重建膈肌图形了。最后得到了膈肌在冠状面、矢状面的长度,膈肌的表面积。得到的结论是:膈肌的运动主要在前后方向上,而不是左右方向;膈肌的形态既依赖于膈肌的收缩,也依赖于肺气肿的下位肋骨支架的变宽,且主要依赖于前者;膈肌在不同肺容积下产生压力的能力可能由以下几方面因素决定:①>体内的三维形态、曲率、张力;②>膈肌与胸壁对合区、膈穹窿;③>长度力量特性。
2.3.3 三维重建膈肌、胸廓、肺容积:2000年Cluzel等对5例正常人进行冠矢状位扫描。矢状位三维重建,描述RV,TLC,FRC时膈肌与胸廓的形态和容积变化。得到:①三维重建的容积模型与实际值非常吻合;②从RV到TLC膈穹窿下的平均容积减少了66%,而胸廓分隔的胸腔的平均容积增加了23%;膈肌则贡献了其中60%的吸气能力;③随着肺容积的增加,膈肌长度在矢状位上减少37%,冠状位上减少28%;在TLC时膈肌与胸壁的对合区域消失;④膈肌总的表面积、膈肌与胸壁对合区域面积在RV时相最大,在TLC最小,分别减小了48%和100%;而膈穹窿的面积却增加了37%。
2.3.4 动态回波平面MRI序列(EPI)对膈肌的3D动态研究:2004年Craighero S等利用动态回波平面MRI序列(EPI)将受试者的MRI图像采集与持续记录的呼吸信号同步,得到了受试者平静呼吸和最大幅度呼吸两个呼吸周期的动态实时的膈肌三维重建;并且定量的测量了动态变化中的膈肌的位移距离、表面积、容积。证实了在自由呼吸状态(而非屏气状态),EPI有足够的空间和时间分辨率来动态研究膈肌的功能。
2.3.5 128通道接收线圈-MRI 3D动态研究:2009年Tokuda J等报道了将配备了128通道接收线圈的3-T全身扫描仪与MRI三维重建技术结合来动态评价包括胸廓的提升、膈肌的位移的整个肺的运动。他们证实了这种方法的有效性,并认为相对于以前的MRI技术它的优势在于:①受试者不需要屏气而处于完全自由的呼吸状态;②自动的进行图像处理;③相对于动态回波平面MRI序列(EPI),得到的图像更真实,显示的肺的细节更多,图像质量更高。
综上所述,影像学由于其无创、直观、客观、利于随访对比,对于研究膈肌的形态与功能具有巨大的临床前景,而且有利于药物和手术治疗效果的评价。影像学对膈肌的研究尚处于不成熟阶段,还有很大的空间有待我们去探索。而且,以上文献都是国外的报道,国内对于膈肌的影像学研究少之甚少,因此影像学在膈肌的形态结构与之生理学、病理生理学研究尚有十分广阔的前景和重大的意义。
[1] Budweiser S,Jorres RA,Pfeifer M.Treatment of respiratory failure in COPD[J].Int J Chron Obstruct Pulmon Dis,2008,3(4):605.
[2] Wilson TA,Legrand A.Respiratory effects of the external and internal inte-rcostal muscles in humans[J].J Physiol,2001,15(2):319.
[3] PardyRL,Roussos C.Endurance of hyperventilation in chronic airflow limitation[J].Chest,1983,8(3):744.
[4] Jubran A,Tobin MJ.Pathophysiologic basis of acute respiratory distress in patients who fail a trial of weaning from mechanical ventilation[J].Am J Respir Crit Care Med,1997,16(5):996.
[5] Laghi F,Cattapan SE,Jubran A,et al.Is weaning failure caused by low-frequency fatigue of the diaphragm[J].Am J Respir Crit Care Med,2003,22(1):167.
[6] Levine S,Kaiser L,Leferovich J,et al.Cellular adaptations in the diaphragm in chronic obstructive pulmonary disease[J].N Engl J Med,1997,337(25):1799.
[7] 高 和.国内呼吸肌研究进展[J].空军总医院学报,1995,11(1):26.
[8] 朱 铭.儿童胸部影像学诊断[J].中国实用儿科杂志,2004,22(1):29.
[9] Heidi C,Roberts MD.Imaging the Diaphragm[J].Chest Surg Clin N Am,2009,8(2):237.
[10] Shag JT,Danon J,Druz WS,et al.Respiratory muscle function in patients with chronic obstructive pulmonary disease:its relationship to disability and to respiratory therapy[J].Am Rev Respir Dis,1974,6(1):154.
[11] Rochester DF,Braun NM.Determinants of maximal inspiratory pressure in chronic obstructive pulmonary disease[J].Am Rev Respir Dis,1985,132(1):42.
[12] Bellemare F,Couture J,Cordeau MP,et a1.Anatomic landmarks to estimate the length of the diaphragm from chest radiographs:effects of emphysema and lung volume reduction surgery[J].Chest,2001,120(2):444.
[13] 王 俊.胸部检查:那种影像学方法好[J].家庭医生,2006,23(1):2.
[14] Naidich DP,Megibow AJ,Ross CR,et al.Computed tomography of the diaphragm:normal anatomy and variants[J].Com Put Assist Tomogr,1983,7(4):633.
[15] Caskey CI,Zerhouni EA,Fishman EK,et al.Aging of the diaphragm:a CT study[J].Radiology,1989,17(2):385.
2.3.1 快速梯度回波脉冲序列MRI研究膈肌的运动:1995年Gierada等首次证实了用快速梯度回波脉冲序列来研究膈肌呼吸运动的可靠性。测量了矢状位上膈肌不同点的运动情况。得出:膈肌的绝对位移在右侧是4.4 cm,左侧是4.2 cm。膈肌的运动幅度两侧部分大于中间部分。
1999年Suga用1.5MR,turbo-FLASH和HASTE序列,利用通过电影回放技术、图像融合和时间距离曲线来动态评价28个肺气肿患者(包括9个经过肺减容手术患者)膈肌、胸壁在呼吸运动中的位移(D/CW)。得出:①和正常对照者规则、同步的D/CW相比,肺气肿患者D/CW则减小,而且显示出不规则、不同步运动;特别是最大膈肌、胸壁位移D/CW(MAD,MACW)显著减小;②肺气肿患者膈肌与胸壁对合区域的长度(LAD)显著减小;③肺气肿患者经过肺减容手术后D/CW 的构型、活动度得到改善;MAD、MACW、LAD显著增加;④MAD、MACW与EFV1%显著相关。与CT扫描相比,患者即使没有明显的肺气肿体征,磁共振仍然可以发现异常的胸壁运动。
2000年Unal等利用0.3T MRI采用梯度回波序列,荧光透视的方法研究COPD患者膈肌的运动功能。检查以后,用电影回放的方法显示中央冠状位层面膈肌的最高、最低位置,并测量膈肌的运动幅度。得出:COPD患者膈肌的位移明显减小,而且膈肌的位移与第一秒呼气容积密切相关。
2002年Iwasaw等利用1.5T MRI评价膈肌的反常运动。得出:肺气肿患者在深呼吸时,其膈肌运动幅度的平均值是(10±0.04)cm明显高于正常人(0.5±0.002)cm。
2.3.2 MRI三维重建研究膈肌面积:1992年Paiva M等运用MRI在FRC(功能残气量)时测量了膈肌的三维结构,并计算了膈肌的总面积,膈肌与胸壁对合区左右的表面积,膈肌的曲率半径。得出的结论是:膈肌与胸壁对合区的面积大约占膈肌总面积的(45±1.5)%,这占了膈肌肌性部分相当大的比例。在仰卧位FRC(功能残气量)时至少松弛的人膈肌的后半部分可以通过拉普拉斯定律来解释。
1994年Gauthier AP等三维重建了4个正常男性的在MRI下的膈肌形态。他们将一个可以弯曲的里面充满特殊液体的管子围在肋骨边缘,用以确认膈肌束的起点。受试者在仰卧位分别在RV(残气量),FRC(功能残气量),FRC+(功能残气量+?深吸气量),TLC(肺总量)四个时相进行图像采集。在进行图像处理时,选一个接近于剑突的点作为卡迪尔坐标系的原点,知道了每个图像与这个点的关系及最边界层面的距离、共扫描的层数就可以三维重建膈肌图形了。最后得到了膈肌在冠状面、矢状面的长度,膈肌的表面积。得到的结论是:膈肌的运动主要在前后方向上,而不是左右方向;膈肌的形态既依赖于膈肌的收缩,也依赖于肺气肿的下位肋骨支架的变宽,且主要依赖于前者;膈肌在不同肺容积下产生压力的能力可能由以下几方面因素决定:①>体内的三维形态、曲率、张力;②>膈肌与胸壁对合区、膈穹窿;③>长度力量特性。
2.3.3 三维重建膈肌、胸廓、肺容积:2000年Cluzel等对5例正常人进行冠矢状位扫描。矢状位三维重建,描述RV,TLC,FRC时膈肌与胸廓的形态和容积变化。得到:①三维重建的容积模型与实际值非常吻合;②从RV到TLC膈穹窿下的平均容积减少了66%,而胸廓分隔的胸腔的平均容积增加了23%;膈肌则贡献了其中60%的吸气能力;③随着肺容积的增加,膈肌长度在矢状位上减少37%,冠状位上减少28%;在TLC时膈肌与胸壁的对合区域消失;④膈肌总的表面积、膈肌与胸壁对合区域面积在RV时相最大,在TLC最小,分别减小了48%和100%;而膈穹窿的面积却增加了37%。
2.3.4 动态回波平面MRI序列(EPI)对膈肌的3D动态研究:2004年Craighero S等利用动态回波平面MRI序列(EPI)将受试者的MRI图像采集与持续记录的呼吸信号同步,得到了受试者平静呼吸和最大幅度呼吸两个呼吸周期的动态实时的膈肌三维重建;并且定量的测量了动态变化中的膈肌的位移距离、表面积、容积。证实了在自由呼吸状态(而非屏气状态),EPI有足够的空间和时间分辨率来动态研究膈肌的功能。
2.3.5 128通道接收线圈-MRI 3D动态研究:2009年Tokuda J等报道了将配备了128通道接收线圈的3-T全身扫描仪与MRI三维重建技术结合来动态评价包括胸廓的提升、膈肌的位移的整个肺的运动。他们证实了这种方法的有效性,并认为相对于以前的MRI技术它的优势在于:①受试者不需要屏气而处于完全自由的呼吸状态;②自动的进行图像处理;③相对于动态回波平面MRI序列(EPI),得到的图像更真实,显示的肺的细节更多,图像质量更高。
综上所述,影像学由于其无创、直观、客观、利于随访对比,对于研究膈肌的形态与功能具有巨大的临床前景,而且有利于药物和手术治疗效果的评价。影像学对膈肌的研究尚处于不成熟阶段,还有很大的空间有待我们去探索。而且,以上文献都是国外的报道,国内对于膈肌的影像学研究少之甚少,因此影像学在膈肌的形态结构与之生理学、病理生理学研究尚有十分广阔的前景和重大的意义。
参考文献
[1] Budweiser S,Jorres RA,Pfeifer M.Treatment of respiratory failure in COPD[J].Int J Chron Obstruct Pulmon Dis,2008,3(4):605.
[2] Wilson TA,Legrand A.Respiratory effects of the external and internal inte-rcostal muscles in humans[J].J Physiol,2001,15(2):319.
[3] PardyRL,Roussos C.Endurance of hyperventilation in chronic airflow limitation[J].Chest,1983,8(3):744.
[4] Jubran A,Tobin MJ.Pathophysiologic basis of acute respiratory distress in patients who fail a trial of weaning from mechanical ventilation[J].Am J Respir Crit Care Med,1997,16(5):996.
[5] Laghi F,Cattapan SE,Jubran A,et al.Is weaning failure caused by low-frequency fatigue of the diaphragm[J].Am J Respir Crit Care Med,2003,22(1):167.
[6] Levine S,Kaiser L,Leferovich J,et al.Cellular adaptations in the diaphragm in chronic obstructive pulmonary disease[J].N Engl J Med,1997,337(25):1799.
[7] 高 和.国内呼吸肌研究进展[J].空军总医院学报,1995,11(1):26.
[8] 朱 铭.儿童胸部影像学诊断[J].中国实用儿科杂志,2004,22(1):29.
[9] Heidi C,Roberts MD.Imaging the Diaphragm[J].Chest Surg Clin N Am,2009,8(2):237.
[10] Shag JT,Danon J,Druz WS,et al.Respiratory muscle function in patients with chronic obstructive pulmonary disease:its relationship to disability and to respiratory therapy[J].Am Rev Respir Dis,1974,6(1):154.
[11] Rochester DF,Braun NM.Determinants of maximal inspiratory pressure in chronic obstructive pulmonary disease[J].Am Rev Respir Dis,1985,132(1):42.
[12] Bellemare F,Couture J,Cordeau MP,et a1.Anatomic landmarks to estimate the length of the diaphragm from chest radiographs:effects of emphysema and lung volume reduction surgery[J].Chest,2001,120(2):444.
[13] 王 俊.胸部检查:那种影像学方法好[J].家庭医生,2006,23(1):2.
[14] Naidich DP,Megibow AJ,Ross CR,et al.Computed tomography of the diaphragm:normal anatomy and variants[J].Com Put Assist Tomogr,1983,7(4):633.
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