30
Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification Jay S. Leb MD Michael S. Chung MD Aletta A. Frazier MD Jean Jeudy MD Seth J. Kligerman MD Charles S. White MD

Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

  • Upload
    ngotram

  • View
    218

  • Download
    3

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Jay S. Leb MDMichael S. Chung MD Aletta A. Frazier MD

Jean Jeudy MDSeth J. Kligerman MDCharles S. White MD 

Page 2: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

The authors of this presentation have no relevant financial 

disclosures

Page 3: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Introduction

• Pulmonary hypertension refers to a spectrum of diseases that leads to abnormal elevation of the pulmonary arterial pressure

• Typically has an insidious clinical onset with varying severity• May progress to right sided heart failure/cor pulmonale and 

death• The etiology is complex and multifactorial• The World Health Organization (WHO) has attempted to 

classify this broad disease based on the expanding understanding of the mechanism and pathophysiology 

• The 5th World Symposium in Nice, France 2013, provided the most recent modification of this classification

Page 4: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Objectives

• To review the proposed underlying mechanisms leading to pulmonary hypertension in the context of the different WHO categories 

• Emphasis will be placed on imaging characteristics which may help to elucidate the underlying mechanism and pathophysiology

Page 5: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Pulmonary Hypertension

• Pulmonary artery pressure is a function of flow and resistance within the pulmonary vascular system

• Pulmonary hypertension occurs due to:– Increased flow – Pulmonary arterial vasoconstriction 

– Small pulmonary vessel structural changes or destruction Courtesy of Casey Storck RT

Page 6: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Pulmonary Hypertension 

• Includes both pulmonary arterial and venous hypertension– difficult to clinically distinguish and may overlap

• Pulmonary arterial hypertension = mean pulmonary artery pressure ≥ 25 mm Hg at rest

• Elevated pulmonary venous pressure = pulmonary capillary wedge pressure is ≥ 18 mm Hg

Badesch et al. JACC 54.1s1 (2009): S55‐S66.

Page 7: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Pulmonary Hypertension (PH)

• Enlargement of the MPA is highly suggestive of PH

• Initial study showed that a size of ≥ 2.9 cm has a 87% sensitivity and 89% specificity – However, absolute measures are not 

completely reliable, as PA pressure and size depend on the BMI, gender and age

• Other studies have demonstrated that a PA/Aortic ratio >1 is a more accurate indicator

• 48 year old female with PH. CT  demonstrates an enlarged main pulmonary artery measuring 6.6 cm

• MPA should be measured at its widest point, within 3 cm of the  bifurcation 

Ng. et al.  JTI 14.4 (1999): 270‐278.Tan. et al. CHEST  113.5 (1998): 1250‐1256.

Page 8: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

5th World Symposium Classification, Nice, France 2013Group Subcategory

I Pulmonary Arterial Hypertension

(Includes all causes that lead to structural narrowing of the 

pulmonary vessels)

• 1.1 Idiopathic PAH• 1.2 Heritable PAH• 1.3 Drug and toxin induced PAH• 1.4 PAH associated with: Connective tissue diseases, HIV, Portal hypertension, Congenital 

heart disease, Schistosomiasis• 1’ Pulmonary veno‐occlusive disease and/or Pulmonary capillary hemangiomatosis• 1” Persistent pulmonary hypertension of the newborn

II Pulmonary Hypertension due to left sided heart disease

• 2.1 LV Systolic dysfunction• 2.2 LV Diastolic dysfunction• 2.3 Valvular Disease• 2.4 Congenital/acquired left heart inflow/outflow tract obstruction and Congenital 

cardiomyopathies

III Pulmonary Hypertension related to lung disease or hypoxia

• 3.1 Chronic obstructive pulmonary disease• 3.2 Interstitial lung disease• 3.3 Other pulmonary diseases with mixed restrictive and obstructive pattern• 3.4 Sleep breathing disorders• 3.5 Alveolar hypoventilation disorders• 3.6 Chronic high altitude exposure• 3.7 Developmental lung disease

IV Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension

V Pulmonary Hypertension related to multifactorial mechanisms

• 5.1 Hematologic disorders• 5.2 Systemic Disorders: Sarcoidosis, Pulmonary histiocytosis, Lymphangioleiomyomatosis• 5.3 Metabolic disorders: Glycogen storage disorders, Gaucher disease• 5.4 Other: Fibrosing Mediastinits, Tumoral calcinosis, Renal failure

Simonneau et al. JACC 62.25 (2013): D34‐D41.

Page 9: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

CATEGORY PRE CAPILLARY  LUNG RELATED  POST CAPILLARY

PULMONARY VESSLES PRIMARILY INVOVLED ARTERIAL ARTERIAL VENOUS

ADDITIONAL IMAGING FINDINGS

PRUNED PERIPHERAL PULMONARYVESSELS, MOSAIC ATTENUATION LUNG PARENCHYMAL DISEASE

EVIDENCE OF PULMONARY VENOUS HTN –

septal lines, ground glass opacities, pleural effusions

EXAMPLES• Idiopathic PAH• Familial PAH• Drug‐related• L to R cardiac shunt 

• COPD • ILD• Sleep Apnea• Developmental lung disease 

• Left ventricular failure• LV inflow or outflow obstruction• Pulmonary venoocclusive disease• Mediastinal fibrosis

Radiographic Classification

Frazier et al. Radiographics 20.2 (2000): 491‐524.

Page 10: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Radiographic Classification – Pre Capillary 

• Enlargement of the central pulmonary arteries 

• Pruning of the peripheral pulmonary vessels

• Mosaic attenuation– Inhomogeneous lung opacity representing the presence of differential parenchymal perfusion

CT demonstrates a mosaic attenuation with prominent central vessels. More lucent portions of the lungs represent area of decreased perfusion. Subtle paucity of vessels within these regions represent peripheral pruning.   

Frazier et al. Radiographics 20.2 (2000): 491‐524.

Page 11: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Radiographic Classification – Lung Related 

• PH is commonly seen in patients with chronic pulmonary disease

• Findings are similar to the pre capillary form with superimposed lung parenchymal disease 

CT chest in a patient with Idiopathic Pulmonary Fibrosis (IPF), found to also have PH – likely a sequelae of chronic lung disease. 

Page 12: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

• Pulmonary Venous Hypertension– Interlobular septal thickening – Subpleural thickening– Ground glass opacities– Pleural effusion

Radiographic Classification – Post Capillary 

Frazier et al. Radiographics 20.2 (2000): 491‐524.

Chest radiograph demonstrates an enlarged MPA with interlobular septal thickening and mild ground glass opacity in the right lung. 

Page 13: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Additional Radiographic Findings in PH

ANGIOCENTRIC GROUND‐GLASS NODULES  CORKSCREW SHAPED VESSELS

Represent cholesterol granulomaformation as a result of repeated 

pulmonary hemorrhage

Caused by the increased flow withinthe dilated central pulmonary 

arteries 

Peña, Elena, et al.  Radiographics 32.1 (2011): 9‐32.

Page 14: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Group I  ‐ Idiopathic/Heritable PAH (IPAH)

• Pulmonary arterial hypertension– no clinically discernible cause – normal pulmonary arterial wedge 

pressure – no evidence of left‐to‐right shunt

• 3:1 female to male ratio • Mean survival of 2.8 years w/o treatment• Heritable PAH is similar to the idiopathic 

form – Familial predilection  – Not well understood– Bone morphogenetic protein receptor 

type II (BMPR2) mutation in over half of patients

35 year old  with IPAH. Chest radiograph reveals dilated central pulmonary arteries (white arrows) with rapid tapering to oligemic peripheral lungs. 

Farber et al.  NEJM 351.16 (2004): 1655‐1665.

Page 15: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Group I – IPAH Pathophysiology

• A proliferative vasculopathy of the distal pulmonary arteries

• Proposed mechanism is: – prolonged vasoconstriction due to endothelial 

dysfunction causing decreased synthesis of endothelium‐derived vasodilators 

– leads to structural changes 

• Structural changes include intimal proliferation and medial hypertrophy

• Leads to laminar fibrosis and in situ thrombosis

• Pulmonary veins are usually unaffected • Can be classified in the Pre Capillary 

Classification Radiographic SchemePhotomicrograph demonstrates a muscular pulmonary artery narrowed by medial hypertrophy and obstructed by intravascular thrombus.

Airway

Artery

Farber et al.  NEJM 351.16 (2004): 1655‐1665.

Page 16: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Group I ‐ Pulmonary Veno‐occlusive Disease (PVOD)/ Pulmonary Capillary Hemangiomatosis (PCH)

• Rare idiopathic disorders • Caused by a widespread vascular obstructive process, either in 

the pulmonary venules/small veins (PVOD) or the alveolar capillary bed (PCH)

• Unclear if these are two distinct entities or varied expression of a single disorder

• Commonly occur in tandem • Occurs in young adults with a 2:1 Male to Female ratio• PVOD may have a pre‐ or post capillary radiographic appearance• However, in PCH a precapillary appearance is the dominant 

feature

Frazier et al. Radiographics 27.3 (2007): 867‐882.

Page 17: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Pulmonary Veno‐occlusive Disease: Small veins/venules (red) become occluded,leading to dilatation of the capillary network, 

lymphatic (yellow) engorgement, and interlobular septal thickening. 

Pulmonary Capillary Hemangiomatosis: Discrete area of capillary proliferation without 

changes within the pulmonary veins orinterlobular septum. 

Group I –PVOD/PCH

Frazier et al. Radiographics 27.3 (2007): 867‐882.

Page 18: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Pulmonary Veno‐occlusive Disease:  Evidence of sepal lines and subtle 

groundglass nodules. 

Pulmonary Capillary Hemangiomatosis:  Groundglass nodules with peripheral 

vascular pruning. No significant interlobular septal thickening demonstrated.  

Frazier et al. Radiographics 27.3 (2007): 867‐882.

Group I –PVOD/PCH

Page 19: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Group I – Congenital Heart Disease

• Systemic to Pulmonary Shunt– Atrial Septal Defect– Ventricular Septal Defect– Patent Ductus Arteriosus– Eisenmenger syndrome– Total or Partial Anomalous 

Pulmonary Venous Return

• Caused by a large increase in pulmonary arterial blood flow

44 year old with a secundum type ASD (black arrow). Chest CT reveals enlargement of main pulmonary artery with right sided heart enlargement. 

Simonneau et al.  JACC 54.1s1 (2009): S43‐S54.

Page 20: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Group II – PH due to Left Heart Dysfunction 

• Backup of flow into the pulmonary venous system raising  venous pressure and eventually arterial pressure

• May be caused by: – restriction of flow into (pulmonary vein stenosis) or through the left atrium (mitral valve disease)

– or to due to poor flow into (diastolic dysfunction) or through the left ventricle (systolic dysfunction or aortic valve disease) 

Patient with prolonged mitral stenosis  (black arrow) demonstrates evidence of venous pulmonary HTN with septal lines.   

Simonneau et al.  JACC 54.1s1 (2009): S43‐S54.

Page 21: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Group II ‐ Pathophysiology 

• Related to pulmonary venous hypertension • Left sided heart failure causes increased 

pulmonary venous pressure and vascular smooth muscle remodeling including:– thickening of the pulmonary capillary basal lamina 

causing subsequent interstitial edema and proliferation of the connective tissue around the alveoli

• Capillary congestion causes distention of the lymphatics and increased vascular resistance

• Leads to compensatory pulmonary arterial  hypertension to drive pulmonary flow

• Can be included in the Post Capillary Classification Radiographic Scheme

Photomicrograph demonstrates venous dilatation with venous arterialization caused by medial hypertrophy of the pulmonary vein.

Frazier et al. Radiographics 20.2 (2000): 491‐524.

Page 22: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Group III – Related to underlying Lung Disease 

• Caused by multiple factors  – Hypoxic induced vasoconstriction

– Mechanical stress due to the hyper‐inflated lungs

– Destruction of the pulmonary capillaries by emphysema/fibrosis 

54 year old female with sarcoidosis. CT chest demonstrates  upper lobe predominant fibrosis related to end stage sarcoidosis. The MPA was enlarged and the patient was found to have PH, due to the underlying lung disease. 

Page 23: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Group IV ‐ Chronic Thromboembolic Disease

• Chronic emboli tightly adhere to the medial layer of the artery, replacing the normal intima and causing stenosis/obstruction

• Mechanical obstruction leads to decrease in the cross‐sectional area and increased resistance within the pulmonary arteries

• Can be considered in the Pre Capillary Classification Radiographic Scheme

CT PE study demonstrates enlarged MPA due to large chronic pulmonary emboli. Organization of the thrombi with its  eccentric location and internal calcification (arrows) prove its chronicity.

Castañer, Eva, et al.  Radiographics 29.1 (2009): 31‐50.

Page 24: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Group IV ‐ Chronic Thromboembolic Disease (CTEPH)

Mosaic Attenuation:Reflecting geographic variation in blood flow

Enlarged Bronchial Arteries: Due to the development of systemic–pulmonary anastomoses, to maintain pulmonary blood flow

Additional Image Findings:

Castañer, Eva, et al.  Radiographics 29.1 (2009): 31‐50.

Page 25: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Group V – Related to Multifactorial Mechanisms

• Related to different underlying systemic disease 

• Causal relationship either multifactorial and/or not well understood

Mediastinal Fibrosis:  Coronal oblique CT reconstructions reveal constriction of the pulmonary venous drainage into the left atrium, causing post capillary pulmonary hypertension with septal lines (black arrows). Pre capillary hypertension is also evident with MPA dilatation.

Botticelli et al. Circulation 1966; 33:862– 871.

Page 26: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Right Ventricular Changes 

Increased pulmonary arterial pressure

RV pressure overload

Myocardial remodeling with RV 

hypertrophy 

RV dilatation, increased wall stress and dysfunction

RV failure and  Cor

Pulmonale

Peña, Elena, et al.  Radiographics 32.1 (2011): 9‐32.

Page 27: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Cor Pulmonale : RV Strain and Hypertrophy 

COR PULMONALE•Anterior Free Wall RV > 6 mm •Dilatation of RV chamber (RV/LV > 1) •Septal flattening or curve reversal •Regurgitant flow: Pulmonary & tricuspid valves 

MRI demonstrates a dilated RV with free wall thickening and delayed hyperenhancment at the RV insertion points (arrows) related to RV strain.

Peña, Elena, et al.  Radiographics 32.1 (2011): 9‐32.

Page 28: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

WHO Classification ‐‐ Radiological Flowsheet 

Enlarged MPA  

No other abnormalities

IPAHGROUP I

Heart

Congenital Heart Disease 

GROUP I

Left Sided DysfunctionGROUP II 

Lungs

Underlying Lung DiseaseGROUP III

Pulmonary Vasculature

CTEPHGROUP IV

Variable Involvement / 

Systemic Disease

GROUP V

Simonneau et al. JACC 62.25 (2013): D34‐D41.

Page 29: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

References• Badesch, David B., et al. "Diagnosis and assessment of pulmonary arterial hypertension.“ Journal of the American College 

of Cardiology 54.1s1 (2009): S55‐S66.• Botticelli JT, Schlueter DP, Lange RL. Pulmonary venous and arterial hypertension due to chronic fibrous mediastinitis: 

hemodynamics and pulmonary function. Circulation 1966; 33:862– 871.• Castañer, Eva, et al. "CT Diagnosis of Chronic Pulmonary Thromboembolism." Radiographics 29.1 (2009): 31‐50.• Farber, Harrison W., and Joseph Loscalzo. "Pulmonary arterial hypertension." New England Journal of Medicine 351.16 

(2004): 1655‐1665.• Frazier, Aletta Ann, et al. "From the Archives of the AFIP: Pulmonary Vasculature: Hypertension and 

Infarction." Radiographics 20.2 (2000): 491‐524.• Frazier, Aletta Ann, et al. "Pulmonary Veno‐occlusive Disease and Pulmonary Capillary 

Hemangiomatosis." Radiographics 27.3 (2007): 867‐882.• Frazier, Aletta Ann, and Allen P. Burke. "The imaging of pulmonary hypertension." Seminars in Ultrasound, CT and MRI. Vol. 

33. No. 6. WB Saunders, 2012.• Grosse, Claudia, and Alexandra Grosse. "CT Findings in Diseases Associated with Pulmonary Hypertension: A Current 

Review." Radiographics 30.7 (2010): 1753‐1777.• Ng, Chaan S., Athol U. Wells, and Simon PG Padley. "A CT sign of chronic pulmonary arterial hypertension: the ratio of 

main pulmonary artery to aortic diameter." Journal of Thoracic Imaging 14.4 (1999): 270‐278.• Peña, Elena, et al. "Pulmonary hypertension: how the radiologist can help." Radiographics 32.1 (2011): 9‐32.• Simonneau, Gerald, et al. "Updated clinical classification of pulmonary hypertension." Journal of the American College of 

Cardiology 62.25 (2013): D34‐D41.• Simonneau, Gérald, et al. "Updated clinical classification of pulmonary hypertension." Journal of the American College of 

Cardiology 54.1s1 (2009): S43‐S54.• Tan, Rana Teresa, et al. "Utility of CT scan evaluation for predicting pulmonary hypertension in patients with parenchymal 

lung disease." CHEST Journal 113.5 (1998): 1250‐1256.

Page 30: Pulmonary Hypertension: Review of the New WHO Classification

Author Information

• Jay S. Leb MD• Cardiothoracic Radiology Fellow • University of Maryland Medical Center • [email protected]