MRI和心导管检查对肺动脉血流动力学的对比性研究
作者：常时新 孔祥泉 冯敢生 于群 刘定西 彭振军 熊茵
单位：430022 武汉，同济医学院附属协和医院放射科MR室
关键词：磁共振成像；心脏导管插入术；高血压，肺性；血液动力学
临床放射学杂志001205【摘要】目的 评价磁共振血流分析技术无创性检测肺动脉血流动力学的价值。 材料与方法 应用MR相位速度图测量45例患者的主肺动脉直径、流速及其最大返流速度并与右心导管检查进行比较。通过直线相关分析评判MRI测量结果的敏感性和特异性。 结果 45例患者中40例存在返流，占88.89%。25例肺动脉高压(PAH)组主肺动脉的流速及其肺血管的顺应性均低于非PAH组，而返流的百分比也显著增高(P<0.05)，且返流量与肺动脉平均压呈正相关(r=0.89，P<0.01)，与肺动脉峰值流速呈负相关(r=-0.82，P<0.01)。 结论 MR相位速度图是评价肺动脉血流动力学变化一种新的可靠技术。
, 百拇医药
Hemodynamics of Pulmonary Arterial Flow: A Simutaneous MR Imaging and Cardiac Catheterization Study
CHANG Shixin, KONG Xiangquan, FENG Gansheng,et al.
(MR Division, Department of Radiology, Union Hospital, Tongji Medical University, Wuhan, Hubei Province 430022, P.R.China)
【Abstract】Objective To evaluate MRI in assessing hemodynamics of pulmonary arterial flow with phase-contrast MR imaging. Materials and Methods The diameter, velocity and the furthest retrograde velocity of main pulmonary artery were measured in 45 patients with phase contrast MR imaging, and the results were compared with the findings of cardiac catheterization. The sensitivity and specificity obtained from phase-contrast MRI were evaluated by the relativity analysis. Results Of 45 patients examined, 40 showed pulmonary regurgitation (88.89%). A significant decrease in velocity and distensibility of the main pulmonary artery were seen in 25 cases with pulmonary arterial hypertension. However, the percentage of retrograde flow was significantly increased (P<0.05). In addition, the retrograde quantity showed a parallel relationship to the mean pressure of the main pulmonary artery (r=0.89, P<0.01), and bore a negative relationship to the peak value of the main pulmonary artery (r=-0.82, P<0.01). Conclusion The phase-contrast MR imaging is a reliable, accurate technique for evaluating hemodynamics of pulmonary arterial flow.
, http://www.100md.com
【Key words】MRI Heart catheterization Pulmonary artery Hypertension Hemodyna
磁共振流动分析技术的临床应用为无创性检测肺动脉血流动力学变化提供了一种行之有效的新方法[1～4]。笔者应用MR相位速度图及心导管技术对45例者患肺动脉生理和病理条件下的血流动力学改变进行了对照分析，现将结果报告如下。
1 材料与方法
1.1 一般资料
45例中，男22例，女23例，年龄31～53岁。其中肺动脉栓塞6例，原发性肺动脉高压4例，先天性心脏病19例，扩张型心肌病5例，高血压性心脏病2例，冠状动脉疾病8例，主动脉瓣疾病1例。全部患者均经MRI和右心导管检查，且2种检查的时间间隔不超过1周。平均肺动脉压>20mmHg(1mmHg=0.133kPa)为肺动脉高压(PAH)，≥40mmHg为重度PAH。
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1.2 检查方法
心导管检查运用Siemens Bicor双C形臂血管造影机，采用常规法测量主肺动脉的平均压(MPAP-c)、舒张末压(PADP-c)；MRI检查运用Siemens Magnaton Vision 1.5T超导型MR扫描仪，体部相控阵线圈和心电门控技术。常规体位，在冠状定位像取肺动脉长轴行T1WI扫描，显示肺动脉主干；于肺动脉瓣上2cm处运用K-空间节段MR电影相位对比(segmented K-space cine phase-contrast MR)序列垂直主肺动脉扫描。平静呼吸，根据心电图R-R间期不同，每节段K-空间相位编码分别为7、9、11，层厚6mm，无间隔，TR为24ms，TE 5ms，翻转角30°，采集矩阵128×256，视野(FOV) 38cm×38cm。心电R波触发延迟时间为400～600ms，流速编码(Venc)150cm/s。
1.3 血流分析
, 百拇医药
MR相位速度图能在一个心动周期内准确地勾画出30幅主肺动脉截面的轮廓，得出30组随收缩舒张连续变化的流速和流量的测量值，确定兴趣区(ROI)，使ROI在30幅图像上始终与所测血管截面保持一致(图1)。流动分析软件可自行计算出主肺动脉血流的峰值流速、平均流速和流量。显示有关血流速度和流量变化的相位曲线(图2)。
图1 主肺动脉血流ROI的截面轮廓选择示意图
图2 主肺动脉MR相位速度曲线形态较规整，收缩期峰值流速高，舒张末期存在少量返流
记录主肺动脉收缩期峰值流速、平均流速以及舒张末期具有代表性的瞬间最大返流(PR)速度，计算平均值后进行分析。采用配对t检验和直线相关分析对比MR相位速度图与心导管测值。
, 百拇医药
2 结果
45例中，40例存在PR(占88.89%)，其各项有关指标的测值见附表。25例PAH组主肺动脉的流速及其肺血管的顺应性均低于非PAH组(t=4.65、7.69，P<0.01、0.05)，而返流的百分比显著性增高(t=5.84，P<0.01)，且返流量与肺动脉平均压呈正相关(r=0.89，P<0.01)，与肺动脉峰值流速呈负相关(r=-0.82，P<0.01)。1个心动周期内PAH的收缩期峰值流速显著性降低且时间提前，在收缩中晚期流速明显减慢，减速时间延长。同时血管内的顺流也表现2个峰值，1个出现于收缩早期，1个出现于收缩末期，流速极不规则，主肺动脉的MR相位对比曲线表现各异(图3、4)。测量20～30岁年龄段非PAH组的主肺动脉直径为2.67cm±0.85cm，而PAH组为3.97cm±0.66cm(P<0.01)；PAH患者肺动脉壁弹性[(最大直径-最小直径)/最大直径×100%]较非PAH组明显减低，前者为8%，后者为23%。1个心动周期内，非PAH主肺动脉直径表现为在收缩期陡然增加而在舒张期又迅速下降，舒张中、末期还有小幅度的反弹；而PAH者则在收缩期增加，在舒张期缓慢回落，几乎没有第2峰值的出现(图5、6)。直线相关分析表明PR值与PADP-c和MPAP-c有很好的相关性，分别为r=0.88(P<0.01)，r=0.82(P<0.05)。
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附表 不同主肺动脉压患者MRI测值与右心导管测值比较(
±s)
主肺动脉
≤19mmHg
(n=20)
20～39mmHg
(n=18)
≥40mmHg
(n=7)
年龄
39±14
45±18
, 百拇医药
40±10
性别
12M，8F
7M，11F
3M，4F
主肺动脉直径(cm)
2.64±0.28
3.85±0.56
4.02±0.84
MPAP-c(mmHg)
12±5
27±6
, 百拇医药
56±16
PADP-c(mmHg)
8±4
22±4
40±12
峰值流速(m/s)
6.88±0.27*
4.12±0.36*
2.64±0.21* *
平均流速(m/s)
2.12±0.13*
, 百拇医药
1.28±0.1*
0.82±0.08* *
平均流量(m3/s)
9.28±1.46
8.94±1.36
5.84±1.2
返流百分比(%)
3.93±1.70*
9.93±1.61*
30.53±5.96* *
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两组间配对t检验结果：*代表P<0.05，* *代表P<0.01
图3 轻中度PAH(<40mmHg)。肺
动脉MR相位速度曲线紊乱，流速不规则，收缩期峰值流速时间提前，速度明显下降，峰值返流速度明显增大
图4 重度PAH(≥40mmHg)。收缩期和舒张期均出现返流。返流具有2个峰值，第1个出现于收缩早期，第2个出现于舒张早期
图5 非PAH患者主肺动脉直径于收缩期增大而舒张期迅速减小，在舒张中、末期还有一定幅度的反弹
, 百拇医药
图6 重度PAH患者肺动脉直径在收缩期增加而舒张期缓慢回落，几乎没有第2峰值的出现
3 讨论
PR的发生是由于右室与肺动脉之间的压力差发生改变所致，见于各种心脏病患者和大部分正常人[5]。MRI提供了另一种非损伤性评价肺动脉血流动力学的新方法，通过对主肺动脉的流速、流量及PR的分析，笔者观察到PAH患者的肺动脉峰值流速以及平均流速均明显低于非PAH组(P<0.01、0.05)；而舒张末期最大返流速度却显著性增高(P<0.01)。文献报道，在正常人，PR开始于收缩末期并持续到舒张早期，大部分在肺动脉中段沿血管后壁发生，PR的流速和流量较小；在PAH患者，肺动脉系统阻力高而使右室射血受阻，血流沿管壁开始循环并持续下去，在肺动脉不同处产生返流，舒张末期循环停止[6]。
肺循环血流动力学研究表明，PR最早出现于收缩中期或收缩晚期，并不断增多，直到收缩期结束，然后在舒张早期返流逐渐减少；随着左、右室之间的压力发生新的平衡，顺流与返流之间也达到新的平衡[7]。PAH时的返流又可出现两种不同的情况，大部分患者表现为返流的峰值出现在收缩晚期且峰值单一，而当肺动脉压很高，肺动脉阻力很大时，返流具有2个峰值，其中第1个峰值出现于收缩早期，第2个出现于舒张早期。返流的百分比增加反映出肺动脉血流动力学的改变，返流的百分比(%)=收缩期返流量的最大值/顺流血流量的最大值×100%[8]，研究结果显示它与肺动脉平均压呈正相关(r=0.89，P<0.01)，与肺动脉峰值流速呈负相关(r=-0.82，P<0.01)。返流的增加加剧了血流的不均匀性。
, 百拇医药
主肺动脉是顺应性血管，与心动周期有关，在心室收缩末期肺动脉扩张度最大。在一个心动周期内，正常肺动脉血管的直径表现为在收缩期陡然增加而在舒张期又迅速下降，同时在舒张中、末期还有小幅度的反弹；血管直径增加最大可达23%，而PAH患者主肺血管的顺应性差，血管直径在收缩期增加而在舒张期缓慢回落，几乎没有第2峰值的出现。
通过对肺动脉血流动力学的分析，笔者认为MR相位速度图对肺动脉的血流动力学研究具有重要意义，它能准确、可重复地测量主肺动脉的血流动力学变化，反映流速、流量及返流等敏感指标；开辟了功能性研究肺动脉血流动力学的新途径，具有潜在而重要的临床应用价值。
参考文献
1，Morgan VL, Price RR, Lorenz CH. Application of linear optimization techniques to MRI phase contrast blood flow measurements. Magn Reson Imaging, 1996, 14:1043
, http://www.100md.com
2，Polzin JA, Frayne R, Grist TM,et al. Frequency response of multi-phase segmented K-space phase-contrast. Magn Reson Med, 1996, 35:755
3，Chwialkowski MP, Ibrahim YM, Li HF,et al. A method for fully automated quantitative analysis of arterial flow using flow-sensitized MR images. Comput Med Imaging Graph, 1996, 20:365
4，Bakker CJ, Hartkamp MJ, Mali WP,et al. Measuring blood flow by nontriggered 2D phase-contrast MR angiography. Magn Reson Imaging, 1996, 14:609
, http://www.100md.com
5，Pavone P, Laghi A, Catalano C,et al. Flow quantification with magnetic resonance: Preliminary results with phase contrast technique. Radiol Med(Torino), 1996, 92:218
6，Frank H, Globits S, Glogar D,et al. Detection and quantification of pulmonary artery hypertension with MR imaging: Results in 23 patients. AJR, 1993, 161:27
7，Masuyama T, Kodama K, Krrabatake A,et al. Continuous-wave doppler echocardiographic detection of pulmonary regurgitation and its application to noninvasive estimation of pulmonary artery pressure. Circulation, 1986, 74:484
8，Bogren HG, Klipstein RH, Mohiaddin RH,et al. Pulmonary artery distensibility and blood flow patterns: A magnetic resonance study of normal subjects and of patients with pulmonary arterial hypertension. Am Heart J, 1989, 118:990
收稿：2000-07-31, http://www.100md.com
单位：430022 武汉，同济医学院附属协和医院放射科MR室
关键词：磁共振成像；心脏导管插入术；高血压，肺性；血液动力学
临床放射学杂志001205【摘要】目的 评价磁共振血流分析技术无创性检测肺动脉血流动力学的价值。 材料与方法 应用MR相位速度图测量45例患者的主肺动脉直径、流速及其最大返流速度并与右心导管检查进行比较。通过直线相关分析评判MRI测量结果的敏感性和特异性。 结果 45例患者中40例存在返流，占88.89%。25例肺动脉高压(PAH)组主肺动脉的流速及其肺血管的顺应性均低于非PAH组，而返流的百分比也显著增高(P<0.05)，且返流量与肺动脉平均压呈正相关(r=0.89，P<0.01)，与肺动脉峰值流速呈负相关(r=-0.82，P<0.01)。 结论 MR相位速度图是评价肺动脉血流动力学变化一种新的可靠技术。
, 百拇医药
Hemodynamics of Pulmonary Arterial Flow: A Simutaneous MR Imaging and Cardiac Catheterization Study
CHANG Shixin, KONG Xiangquan, FENG Gansheng,et al.
(MR Division, Department of Radiology, Union Hospital, Tongji Medical University, Wuhan, Hubei Province 430022, P.R.China)
【Abstract】Objective To evaluate MRI in assessing hemodynamics of pulmonary arterial flow with phase-contrast MR imaging. Materials and Methods The diameter, velocity and the furthest retrograde velocity of main pulmonary artery were measured in 45 patients with phase contrast MR imaging, and the results were compared with the findings of cardiac catheterization. The sensitivity and specificity obtained from phase-contrast MRI were evaluated by the relativity analysis. Results Of 45 patients examined, 40 showed pulmonary regurgitation (88.89%). A significant decrease in velocity and distensibility of the main pulmonary artery were seen in 25 cases with pulmonary arterial hypertension. However, the percentage of retrograde flow was significantly increased (P<0.05). In addition, the retrograde quantity showed a parallel relationship to the mean pressure of the main pulmonary artery (r=0.89, P<0.01), and bore a negative relationship to the peak value of the main pulmonary artery (r=-0.82, P<0.01). Conclusion The phase-contrast MR imaging is a reliable, accurate technique for evaluating hemodynamics of pulmonary arterial flow.
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【Key words】MRI Heart catheterization Pulmonary artery Hypertension Hemodyna
磁共振流动分析技术的临床应用为无创性检测肺动脉血流动力学变化提供了一种行之有效的新方法[1～4]。笔者应用MR相位速度图及心导管技术对45例者患肺动脉生理和病理条件下的血流动力学改变进行了对照分析，现将结果报告如下。
1 材料与方法
1.1 一般资料
45例中，男22例，女23例，年龄31～53岁。其中肺动脉栓塞6例，原发性肺动脉高压4例，先天性心脏病19例，扩张型心肌病5例，高血压性心脏病2例，冠状动脉疾病8例，主动脉瓣疾病1例。全部患者均经MRI和右心导管检查，且2种检查的时间间隔不超过1周。平均肺动脉压>20mmHg(1mmHg=0.133kPa)为肺动脉高压(PAH)，≥40mmHg为重度PAH。
, http://www.100md.com
1.2 检查方法
心导管检查运用Siemens Bicor双C形臂血管造影机，采用常规法测量主肺动脉的平均压(MPAP-c)、舒张末压(PADP-c)；MRI检查运用Siemens Magnaton Vision 1.5T超导型MR扫描仪，体部相控阵线圈和心电门控技术。常规体位，在冠状定位像取肺动脉长轴行T1WI扫描，显示肺动脉主干；于肺动脉瓣上2cm处运用K-空间节段MR电影相位对比(segmented K-space cine phase-contrast MR)序列垂直主肺动脉扫描。平静呼吸，根据心电图R-R间期不同，每节段K-空间相位编码分别为7、9、11，层厚6mm，无间隔，TR为24ms，TE 5ms，翻转角30°，采集矩阵128×256，视野(FOV) 38cm×38cm。心电R波触发延迟时间为400～600ms，流速编码(Venc)150cm/s。
1.3 血流分析
, 百拇医药
MR相位速度图能在一个心动周期内准确地勾画出30幅主肺动脉截面的轮廓，得出30组随收缩舒张连续变化的流速和流量的测量值，确定兴趣区(ROI)，使ROI在30幅图像上始终与所测血管截面保持一致(图1)。流动分析软件可自行计算出主肺动脉血流的峰值流速、平均流速和流量。显示有关血流速度和流量变化的相位曲线(图2)。
图1 主肺动脉血流ROI的截面轮廓选择示意图
图2 主肺动脉MR相位速度曲线形态较规整，收缩期峰值流速高，舒张末期存在少量返流
记录主肺动脉收缩期峰值流速、平均流速以及舒张末期具有代表性的瞬间最大返流(PR)速度，计算平均值后进行分析。采用配对t检验和直线相关分析对比MR相位速度图与心导管测值。
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2 结果
45例中，40例存在PR(占88.89%)，其各项有关指标的测值见附表。25例PAH组主肺动脉的流速及其肺血管的顺应性均低于非PAH组(t=4.65、7.69，P<0.01、0.05)，而返流的百分比显著性增高(t=5.84，P<0.01)，且返流量与肺动脉平均压呈正相关(r=0.89，P<0.01)，与肺动脉峰值流速呈负相关(r=-0.82，P<0.01)。1个心动周期内PAH的收缩期峰值流速显著性降低且时间提前，在收缩中晚期流速明显减慢，减速时间延长。同时血管内的顺流也表现2个峰值，1个出现于收缩早期，1个出现于收缩末期，流速极不规则，主肺动脉的MR相位对比曲线表现各异(图3、4)。测量20～30岁年龄段非PAH组的主肺动脉直径为2.67cm±0.85cm，而PAH组为3.97cm±0.66cm(P<0.01)；PAH患者肺动脉壁弹性[(最大直径-最小直径)/最大直径×100%]较非PAH组明显减低，前者为8%，后者为23%。1个心动周期内，非PAH主肺动脉直径表现为在收缩期陡然增加而在舒张期又迅速下降，舒张中、末期还有小幅度的反弹；而PAH者则在收缩期增加，在舒张期缓慢回落，几乎没有第2峰值的出现(图5、6)。直线相关分析表明PR值与PADP-c和MPAP-c有很好的相关性，分别为r=0.88(P<0.01)，r=0.82(P<0.05)。
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附表 不同主肺动脉压患者MRI测值与右心导管测值比较(
±s)主肺动脉
≤19mmHg
(n=20)
20～39mmHg
(n=18)
≥40mmHg
(n=7)
年龄
39±14
45±18
, 百拇医药
40±10
性别
12M，8F
7M，11F
3M，4F
主肺动脉直径(cm)
2.64±0.28
3.85±0.56
4.02±0.84
MPAP-c(mmHg)
12±5
27±6
, 百拇医药
56±16
PADP-c(mmHg)
8±4
22±4
40±12
峰值流速(m/s)
6.88±0.27*
4.12±0.36*
2.64±0.21* *
平均流速(m/s)
2.12±0.13*
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1.28±0.1*
0.82±0.08* *
平均流量(m3/s)
9.28±1.46
8.94±1.36
5.84±1.2
返流百分比(%)
3.93±1.70*
9.93±1.61*
30.53±5.96* *
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两组间配对t检验结果：*代表P<0.05，* *代表P<0.01
图3 轻中度PAH(<40mmHg)。肺
动脉MR相位速度曲线紊乱，流速不规则，收缩期峰值流速时间提前，速度明显下降，峰值返流速度明显增大
图4 重度PAH(≥40mmHg)。收缩期和舒张期均出现返流。返流具有2个峰值，第1个出现于收缩早期，第2个出现于舒张早期
图5 非PAH患者主肺动脉直径于收缩期增大而舒张期迅速减小，在舒张中、末期还有一定幅度的反弹
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图6 重度PAH患者肺动脉直径在收缩期增加而舒张期缓慢回落，几乎没有第2峰值的出现
3 讨论
PR的发生是由于右室与肺动脉之间的压力差发生改变所致，见于各种心脏病患者和大部分正常人[5]。MRI提供了另一种非损伤性评价肺动脉血流动力学的新方法，通过对主肺动脉的流速、流量及PR的分析，笔者观察到PAH患者的肺动脉峰值流速以及平均流速均明显低于非PAH组(P<0.01、0.05)；而舒张末期最大返流速度却显著性增高(P<0.01)。文献报道，在正常人，PR开始于收缩末期并持续到舒张早期，大部分在肺动脉中段沿血管后壁发生，PR的流速和流量较小；在PAH患者，肺动脉系统阻力高而使右室射血受阻，血流沿管壁开始循环并持续下去，在肺动脉不同处产生返流，舒张末期循环停止[6]。
肺循环血流动力学研究表明，PR最早出现于收缩中期或收缩晚期，并不断增多，直到收缩期结束，然后在舒张早期返流逐渐减少；随着左、右室之间的压力发生新的平衡，顺流与返流之间也达到新的平衡[7]。PAH时的返流又可出现两种不同的情况，大部分患者表现为返流的峰值出现在收缩晚期且峰值单一，而当肺动脉压很高，肺动脉阻力很大时，返流具有2个峰值，其中第1个峰值出现于收缩早期，第2个出现于舒张早期。返流的百分比增加反映出肺动脉血流动力学的改变，返流的百分比(%)=收缩期返流量的最大值/顺流血流量的最大值×100%[8]，研究结果显示它与肺动脉平均压呈正相关(r=0.89，P<0.01)，与肺动脉峰值流速呈负相关(r=-0.82，P<0.01)。返流的增加加剧了血流的不均匀性。
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主肺动脉是顺应性血管，与心动周期有关，在心室收缩末期肺动脉扩张度最大。在一个心动周期内，正常肺动脉血管的直径表现为在收缩期陡然增加而在舒张期又迅速下降，同时在舒张中、末期还有小幅度的反弹；血管直径增加最大可达23%，而PAH患者主肺血管的顺应性差，血管直径在收缩期增加而在舒张期缓慢回落，几乎没有第2峰值的出现。
通过对肺动脉血流动力学的分析，笔者认为MR相位速度图对肺动脉的血流动力学研究具有重要意义，它能准确、可重复地测量主肺动脉的血流动力学变化，反映流速、流量及返流等敏感指标；开辟了功能性研究肺动脉血流动力学的新途径，具有潜在而重要的临床应用价值。
参考文献
1，Morgan VL, Price RR, Lorenz CH. Application of linear optimization techniques to MRI phase contrast blood flow measurements. Magn Reson Imaging, 1996, 14:1043
, http://www.100md.com
2，Polzin JA, Frayne R, Grist TM,et al. Frequency response of multi-phase segmented K-space phase-contrast. Magn Reson Med, 1996, 35:755
3，Chwialkowski MP, Ibrahim YM, Li HF,et al. A method for fully automated quantitative analysis of arterial flow using flow-sensitized MR images. Comput Med Imaging Graph, 1996, 20:365
4，Bakker CJ, Hartkamp MJ, Mali WP,et al. Measuring blood flow by nontriggered 2D phase-contrast MR angiography. Magn Reson Imaging, 1996, 14:609
, http://www.100md.com
5，Pavone P, Laghi A, Catalano C,et al. Flow quantification with magnetic resonance: Preliminary results with phase contrast technique. Radiol Med(Torino), 1996, 92:218
6，Frank H, Globits S, Glogar D,et al. Detection and quantification of pulmonary artery hypertension with MR imaging: Results in 23 patients. AJR, 1993, 161:27
7，Masuyama T, Kodama K, Krrabatake A,et al. Continuous-wave doppler echocardiographic detection of pulmonary regurgitation and its application to noninvasive estimation of pulmonary artery pressure. Circulation, 1986, 74:484
8，Bogren HG, Klipstein RH, Mohiaddin RH,et al. Pulmonary artery distensibility and blood flow patterns: A magnetic resonance study of normal subjects and of patients with pulmonary arterial hypertension. Am Heart J, 1989, 118:990
收稿：2000-07-31, http://www.100md.com