經(jīng)食管實時三維超聲心動圖對建立主動脈瓣簡化模型的研究

劉高遠(yuǎn)，林 敏△，史學(xué)功

(安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院：1.心臟外科；2.心臟彩超室，合肥 230022)

經(jīng)食管實時三維超聲心動圖對建立主動脈瓣簡化模型的研究

劉高遠(yuǎn)1，林 敏1△，史學(xué)功2

(安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院：1.心臟外科；2.心臟彩超室，合肥 230022)

目的 應(yīng)用經(jīng)食管實時三維超聲心動圖(RT3DTEE)及其定量軟件對主動脈瓣(AV)三維結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)進行測量，分析各部分的形態(tài)及生理特點，進一步建立AV簡化模型，為AV成形環(huán)的設(shè)計提供客觀依據(jù)。方法 選取2014年5月至2015年11月95例行RT3DTEE檢查的主動脈根部正常的人群，采集主動脈根部實時三維全容積圖像，應(yīng)用QLAB7.0瓣環(huán)定量分析軟件測量舒張末期、收縮中期、收縮末期及舒張中期的三維AV的重要參數(shù)，包括竇管交界直徑(S)、相鄰瓣膜交界的距離(L、R、N)、瓣膜交界構(gòu)成三角形外接圓直徑(J)、AV高度(H)、AA長徑(A)、AA短經(jīng)(B)及AA偏心率(B/A)。分析三維AV底部與AA的延續(xù)關(guān)系，簡化三維AV各結(jié)構(gòu)特點，建立幾何模型。結(jié)果 各參數(shù)均以舒張末期為例，竇管交界為(26.3±3.3)mm，三維AV高度為(12.4±1.9)mm，AA長徑、短經(jīng)分別為(25.9±2.7)、(19.8±2.0)mm，相鄰瓣膜交界間距離L、R、N均為(21.6±2.5)mm，三者所構(gòu)成的圖形近似等邊三角形。比較相鄰周期時相的竇管交界直徑、AV高度、AA長徑、三個相鄰瓣膜交界間距離及它們的外接圓直徑，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，但舒張末期與收縮中期AA短徑及AA短徑與長徑比值比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。結(jié)論RT3DTEE及瓣環(huán)定量分析軟件能準(zhǔn)確測量AV各部分的大小并顯示其形態(tài)，及其在不同周期時相間的變化，進而三維AV形態(tài)的簡化與重建。

主動脈瓣環(huán)；實時；成像，三維；超聲心動描記術(shù)，經(jīng)食管

主動脈瓣成形術(shù)是治療主動脈瓣(aortic valve，AV)器質(zhì)性病變的一種外科治療方法，但由于AV結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜，修復(fù)技術(shù)要求高，難度大等因素，致使其發(fā)展緩慢。近年來，影像檢查技術(shù)的發(fā)展促進了對AV結(jié)構(gòu)功能的認(rèn)識，瓣膜修復(fù)技術(shù)的發(fā)展也拓展了AV成形術(shù)的適用范圍，此外隨著體外循環(huán)技術(shù)的改進，能提供足夠的時間完成各種修復(fù)手術(shù)，致使AV成形術(shù)再次成為研究熱點[1]。傳統(tǒng)的AV成形術(shù)包括瓣葉成形及瓣環(huán)成形，常見的瓣葉成形術(shù)包括瓣葉中部折疊術(shù)、瓣葉游離緣縮短重塑術(shù)、瓣葉削薄及自體或異體材料修復(fù)或置換瓣葉等術(shù)式。常見的瓣環(huán)成形術(shù)有交界縫合、成形環(huán)成形等。而Yacoub術(shù)及David術(shù)的術(shù)式相對固定，適用范圍相對更廣，但技術(shù)要求高，限制了手術(shù)的廣泛應(yīng)用。目前主動脈瓣環(huán)(aortic annulus,AA)成形術(shù)在AV成形體系中的重要性已被認(rèn)可，臨床研究證實環(huán)的效果優(yōu)于縫線交界成形[2]。近年來出現(xiàn)的AV成形環(huán)在國外已經(jīng)應(yīng)用于臨床，并取得良好的早期效果[3-8]，但在我國卻鮮有報道。本文應(yīng)用經(jīng)食管實時三維超聲心動圖(RT 3D TEE)對主動脈根部正常的成人AV各結(jié)構(gòu)進行測量與簡化，進而重建其幾何形態(tài)，為AV成形環(huán)的設(shè)計提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2014年5月至2015年11月于安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科超聲心動圖室行RT 3D TEE檢查的健康成人95例，男52例，女43例；年齡18～80歲，平均(53.4±14.3)歲。排除檢查時房顫發(fā)作、二葉及四葉AV畸形、主動脈瓣葉病變、主動脈根部病變(如擴張)及各種原因致使采集圖像不清晰或不連續(xù)的病例。其中，單純房間隔缺損4例，其余91例無可見的心臟器質(zhì)性病變。

1.2 主要儀器與方法 Philips IE33彩色多普勒超聲診斷儀，X7-2T經(jīng)食管實時三維矩陣探頭，頻率2～7 MHz。RT 3D TEE圖像數(shù)據(jù)脫機分析采用Philips QLAB7.0超聲工作站。所有圖像采集、分析均由同一人完成，并采用盲法原則。安靜狀態(tài)下，患者取左側(cè)臥位，連接同步心電圖。探頭進入食道深度約35 cm，在左室長軸觀方位上得到主動脈根部的雙平面二維圖像，調(diào)整其位置、增益，使主動脈根部(自左室流出道至升主動脈近端)清晰顯像。啟動“全容積(Full valiue)”模式，囑患者屏氣，在心電信號觸發(fā)下，連續(xù)采集4個心動周期15°×60°的窄角三維圖像，疊加形成60°×60°的寬角“金字塔”形三維數(shù)據(jù)庫。

1.3 測量方法 測量時相的確定參考同步心電圖及二尖瓣AV開閉狀態(tài)。將兩個截面置于與主動脈根部長徑平行的中間位置，在長軸面測量的數(shù)據(jù)可能偏小[9]，因此除AV高度外其余數(shù)據(jù)均在于同一長軸切面垂直的短軸面(橫截面)進行測量。測量內(nèi)容如下：(1)竇管交界直徑(S)：主動脈竇與升主動脈交界處的直徑；(2)相鄰瓣膜交界距離(L、R、N)：短軸面剛好顯露3個瓣膜交界影像時的相鄰瓣膜交界距離，見圖1A；(3)AA：瓣葉附著緣最低點構(gòu)成的虛擬環(huán)，該環(huán)長徑(A)短經(jīng)(B)，見圖1B、C；(4)AV高度(H)：AA平面與3個瓣膜交界所在平面之間的垂直距離。計算內(nèi)容包括AA短徑與長徑比值(B/A)，以及3個相鄰瓣膜交界連線所構(gòu)成的三角形外接圓直徑(J)，見圖1A中的綠環(huán)，計算采用公式：D=2LRN/[(L+R+N)(L+R-N)(R+N-L)(L+N-R))1/2]。

2 結(jié) 果

2.1 主動脈根部測算結(jié)果AV各部分測量結(jié)果見表1，AV各部分在心動周期中協(xié)調(diào)運動，相鄰瓣膜交界間距離L、R、N在同一周期時相中比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.01)。所構(gòu)成的圖形近似等邊三角形。

2.2 相鄰周期時相主動脈各指標(biāo)比較 相鄰周期時相中的竇管交界直徑、AV高度、AA長徑、三個相鄰瓣膜交界間距離及它們的外接圓直徑比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；但AA短經(jīng)及AA短徑與長徑比值，在舒張末期與收縮中期的測量結(jié)果比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，見表2。

2.3 主動脈竇與AA的延續(xù)關(guān)系 依據(jù)長軸可將AA分為對稱的兩部分，其中左冠狀動脈竇和無冠狀動脈竇在AA的同一側(cè)近似對稱分布，右冠狀動脈竇在另一側(cè)中點附近(圖1D、E、F)。

2.4AV簡化模型的建立 以實驗測得的舒張末期數(shù)據(jù)為例，AV頂部簡化為圓形，舒張末期直徑為26mm，AA長徑為26mm，短徑為20mm，AV高度為12mm。瓣膜交界外接圓和AA的中心在同一直線并垂直于兩環(huán)平面，建立簡化的AV幾何模型。見圖2。

圖1 AV各測量平面的RT 3D TEE影像

心動周期S(mm)H(mm)A(mm)B(mm)B/AL(mm)R(mm)N(mm)J(mm)MS26．9±3．312．7±2．025．8±2．720．7±2．10．80±0．05822．2±2．622．3±2．522．5±2．525．8±2．8ES26．9±3．412．9±2．525．5±2．420．0±1．80．79±0．06122．3±2．522．4±2．522．4±2．625．8±2．9MD26．8±3．512．7±1．925．7±2．419．3±1．80．75±0．05621．7±2．621．7±2．421．8±2．525．1±2．8ED26．3±3．312．4±1．925．9±2．719．8±2．20．77±0．06621．6±2．521．6±2．521．6±2．525．0±3．0

MS：收縮中期；ES：收縮末期；MD：舒張中期；ED：舒張末期。

表2 相鄰心動周期時相測量結(jié)果比較的P值

MS：收縮中期；ES：收縮末期；MD：舒張中期；ED：舒張末期。

圖2 AV簡化模型

3 討 論

主動脈根部為一結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層次疊覆，活動快速的功能復(fù)合體。傳統(tǒng)的2D-TEE難以全面顯示其立體結(jié)構(gòu)。隨著計算機的飛速發(fā)展，圖像處理速度與數(shù)據(jù)存儲量大大提高。最近出現(xiàn)的RT-3D-TEE技術(shù)已在21世紀(jì)初正式進入臨床應(yīng)用，它不僅可以從任意角度觀察AV數(shù)目、形態(tài)及活動，同時可以更加詳細(xì)、立體地觀察AV周圍結(jié)構(gòu)及比鄰情況[10]；還能夠?qū)崟r地顯示主動脈根部各結(jié)構(gòu)的形態(tài)、厚度、腔徑、方位、走向、空間關(guān)系特別是活動狀況等[11]。與CTA技術(shù)相比，RT-3D-TEE的組織輪廓對比度較低但總體效果尚滿意，另外無需造影劑，可避免造影劑帶來的潛在風(fēng)險和相應(yīng)的不良反應(yīng)，患者也易于接受。

主動脈根部結(jié)構(gòu)在心動周期中的變化有重要的生理意義，對于AV成形環(huán)的設(shè)計也有重要的指導(dǎo)意義。收縮中期AA短徑及短徑與長徑比值與舒張末期比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，AA短徑在整個心動周期中的變化幅度最大。該變化可能與心動周期中AV所承受的壓力變化有關(guān)，收縮期時AA短徑與長徑比值的增大，表明AA變得更加接近圓形，此變化增大了血流通過面積。有研究表明，AA環(huán)面積增加約5%[12]，一定程度上有利于降低左心室后負(fù)荷。但AA的周長并無明顯變化[13]。而舒張期AA短徑的縮小可以有效增加瓣葉對合高度，防止AV反流(AI)的發(fā)生。

本研究中瓣膜交界所構(gòu)成三角形的外接圓(J環(huán))位于AV三維結(jié)構(gòu)的頂部，比竇管交界更能準(zhǔn)確地反應(yīng)立體的AV上口的形態(tài)。有報道將此處定義為竇管交界[14]。事實上此處并未到達(dá)竇頂部，本研究將竇頂部定義為竇管交界，兩者測量值相差1～2mm，此差異可能是由于測量時受瓣膜交界本身的影響所致。

有研究者利用健康成年人主動脈根部CT血管造影(CTA)圖像對主動脈根部形態(tài)進行研究并建立模型，表現(xiàn)為三個近似橢圓的主動脈竇嵌入一個圓柱狀的主動脈管道中的形態(tài)。其上端為竇管交界近似圓形，底部為AA形態(tài)近似橢圓形[4]，與本研究所建立的AV簡化模型相似。本研究建立的AV簡化模型可為AV成形環(huán)的形態(tài)設(shè)計提供參考，目前國外所設(shè)計的AV成形環(huán)為內(nèi)置硬質(zhì)立體環(huán)(HAART300)，其底部形態(tài)設(shè)計為橢圓形，短長徑比為2∶3，該環(huán)縫合在AV葉附著緣下方，以恢復(fù)并控制瓣環(huán)的生理形態(tài)[15-16]。

AV成形術(shù)應(yīng)具備相對簡捷的術(shù)式和相對持久的成形效果，目前的術(shù)式尚難以同時具備這兩個條件，設(shè)計成形環(huán)用于AV成形術(shù)有望解決這一問題。國外的研究雖已完成模型建立、成形環(huán)設(shè)計、動物實驗及臨床試驗等步驟[15-18]，但在設(shè)計、選材、植入部位及術(shù)后早期效果等方面尚有待進一步研究。術(shù)后隨訪2～3年，早期效果尚滿意。再次手術(shù)的主要原因是植入的成形環(huán)或保留過長的線結(jié)與瓣膜摩擦而導(dǎo)致的瓣膜損傷[15]。此外，在成形環(huán)的材料選擇上，也存在爭議[19-21]?？傊珹V成形環(huán)成形術(shù)的研究還處于初期階段，有較高的研究價值。

綜上所述，RT3DTEE及瓣環(huán)定量分析軟件能準(zhǔn)確測量AV各部分的大小，并顯示其形態(tài)及其在不同周期時相間的變化，進而實現(xiàn)瓣環(huán)形態(tài)的簡化與重建，為AV成形環(huán)的設(shè)計提供客觀、準(zhǔn)確的依據(jù)。 本研究尚存在一定的局限性，研究收集的樣本量有限；此外，該模型僅為成形環(huán)的形態(tài)設(shè)計提供初步參考，最終的AV成形環(huán)有待于在動物實驗、離體心臟試驗甚至臨床試驗中不斷修改完善。

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Study on the establishment of a simplified model of aortic valve by real time three dimensional echocardiography

LiuGaoyuan1，LinMin1△，ShiXuegong2

(1.DepartmentofCardiacSurgery;2.DepartmentofUltrasoundRoom,theFirstAffiliatedHospitalofAnhuiMedicalUniversity,Hefei,Anhui230022,China)

Objective To detect the important parameters of three dimensional structure of the aortic annulus by using real time three dimensional transesophageal echocardiograhy(RT 3D TEE) and analyse morphological and physiological characteristics,in order to establish simplified model of aortic valve and provide references for designing aortic annulus.Methods A total of 95 cases of healthy individuals carrying out RT 3D TEE were selected,and the images of total volume of aortic root were collected.The important parameters of three dimensional aortic valve in four cardiac cycles,including sinus tube junction(S),distance between adjacent valve junction(L,R and N),diameter of the circumcircle of triangle(J),aortic annulus height(H),long diameter(A),short diameter(B) and eccentricity ratio(B/A) of the aortic valve,were measured by using the QLAB7.0 software.In the 3D imaging,the extending relationship between the bottom of aortic valve and aortic annulus was analysed,the structural characteristics of the aortic valve were simplified,and the model was established.Results The values of the parameters measured at the end-diastole were as follows:sinus tube junction (26.3±3.3)mm,three-dimensional aortic annulus height(12.4±1.9)mm,aortic valve long diameter and short diameter (25.9±2.7)mm and (19.8±2.0)mm,adjacent valve junction distance(L,R and N) all was(21.6±2.5)mm.These three structures approximately formed an equilateral triangle.The values of the adjacent cycle time,the change of sinus tube junction,distance between adjacent valve junction,aortic annulus height and long diameter were compared,and there was no statistical significant differences(P>0.05),while statistically significant differences were found in the aortic valve short diameter and long short diameter between those at the end-diastole and those at the medium-systole(P<0.01).Conclusion RT 3D TEE can accurately measure the size of each part of the aortic valve and display its shape and change,which contribute to simplifying and reconstructing the aortic annlus.

aortic annulus；real time；imaging，three-dimensional；echocardiography,transesophageal

劉高遠(yuǎn)(1985-)，住院醫(yī)師，碩士，主要從事外科學(xué)(胸心外科)研究?！?/p>

E-mail：linmin2008@163.com。

??·臨床研究

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.36.017

R

A

1671-8348(2016)36-5095-03

2016-07-22

2016-09-26)