eSie Valves 四維自動定量分析評價主動脈瓣-二尖瓣機制的應用

龔俊松，張茗卉，鄭芝蘭，康文英，李 慧，段福建

(1.中國醫(yī)學科學院，北京協(xié)和醫(yī)學院，國家心血管病中心，阜外醫(yī)院 a.麻醉科；b.超聲科，北京 100037；2.西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司臨床科研部，上海 201318)

近年來，主動脈瓣-二尖瓣偶聯(lián)機制受到心臟外科越來越多的關注，研究表明兩者在解剖結(jié)構上通過共有的纖維組織連接，在心動周期中協(xié)同作用，維持左心室的正常功能[1]。既往研究表明二維超聲心動圖很難定量二者的空間結(jié)構，而運用三維經(jīng)食管超聲心動圖(three-dimensional transesophageal echocardiography，3D-TEE)，能夠呈現(xiàn)主動脈根部、二尖瓣及二者的空間結(jié)構，其定量參數(shù)分析的準確性已得到研究證實[2，3]。然而，由于傳統(tǒng)3D-TEE空間分辨率較低，對于二者偶聯(lián)機制的研究局限于靜態(tài)時相的測量，對于其在心動周期中的變化規(guī)律無法準確評估。Siemens公司近年來研發(fā)的eSie Valves四維自動定量分析系統(tǒng)解決了上述局限，能夠快速重建主動脈瓣-二尖瓣偶聯(lián)模型，并半自動或自動獲得其全心動周期定量數(shù)據(jù)。本研究旨在應用eSie Valves四維自動定量分析系統(tǒng)評估主動脈瓣-二尖瓣偶聯(lián)機制，探討主動脈瓣、二尖瓣及其偶聯(lián)參數(shù)隨心動周期的變化規(guī)律。

1 資料與方法

1.1 一般資料2018年9～12月于中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院因懷疑卵圓孔未閉或心房顫動行射頻消融手術前除外左心血栓接受經(jīng)食道超聲心動圖(Transesophageal echocardiography，TEE)檢查的患者38例。排除標準：①已知瓣膜病變或心臟瓣膜手術病史；②已知先天性心臟??；③陳舊性及急性心肌梗死；④心臟起搏器、封堵器或其它金屬植入物術后；⑤心肌病及各種原因心功能不全(NYHA心功能III或IV級)；⑥持續(xù)心房顫動；⑦存在TEE檢查禁忌證，所有患者檢查前簽署知情同意書。本研究共入組38例患者，有1例患者因主動脈瓣中度狹窄，1例因主動脈瓣中度返流被排除，其余36例患者均獲得滿意圖像，其中男24例(66.7%)，女12例(33.3%)，年齡26～76歲[(49.9±14.9)歲]，其中伴高血壓15例(41.7%)，糖尿病11例(30.6%)，高脂血癥10例(27.8%)，吸煙史者12例(33.3%)，陣發(fā)房顫19例(52.8%)，合并卵圓孔未閉15例(41.7%)。

1.2 方法

1.2.12D-TTE及3D-TEE檢查 采用西門子ACUSON SC2000彩色超聲診斷儀，分別匹配4 Vic心臟彩超探頭(頻率1.25～4.5 MHz)及Z6 Ms經(jīng)食管超聲三維探頭(頻率3.0～6.3 MHz)。依據(jù)美國超聲心動圖協(xié)會標準，于胸骨旁標準左心室長軸切面測量左心室舒張末期內(nèi)徑、心室收縮末期測量左心房內(nèi)徑、采用改良Simpsons法評估左心室收縮功能。3D-TEE檢查患者局部麻醉，連接體表心電圖，采用食管中段左心室長軸切面，幀頻范圍16～20幀/秒，調(diào)整其位置、增益，獲取實時三維全容積成像，使主動脈瓣環(huán)及二尖瓣環(huán)清晰完整顯像。所有圖像均連續(xù)采集3個心動周期并存儲。

1.2.2三維自動定量分析 應用脫機分析軟件eSie Valves四維自動定量分析軟件(西門子公司eSie Valves，SC2000 Prime4.0)對三維原始圖像進行定量分析，選用半自動動態(tài)分析功能。步驟如下：①自動追蹤一個心動周期每一幀圖像于矢狀面、冠狀面、橫切面的主動脈瓣環(huán)及瓣葉，適當手動微調(diào)確保追蹤準確性，軟件自動重建主動脈根部三維模型(圖1)，主動脈瓣環(huán)相關參數(shù)：瓣環(huán)面積、周長、內(nèi)徑、瓣緣對合高度、瓣葉高度；②按上述主動脈瓣模型建立方法，建立二尖瓣三維模型(圖2)，二尖瓣環(huán)相關參數(shù)：瓣環(huán)面積、前、后瓣環(huán)周長、前后徑(前瓣環(huán)到后瓣環(huán)的距離)、瓣環(huán)高度(瓣環(huán)最高點到最低

圖1 eSie Valves四維自動定量分析系統(tǒng)自動重建主動脈根部三維模型 不同切面圖形(a、b、c)，在自動分析的基礎上輔助手動微調(diào)，最后重建主動脈根部三維模型(d)。

圖3 eSie Valves四維自動定量分析系統(tǒng)圖像 a：主動脈瓣-二尖瓣偶聯(lián)三維模型b：主動脈瓣環(huán)-二尖瓣環(huán)夾角在心動周期中變化趨勢

點的距離)；③依據(jù)上述分析獲得主動脈瓣-二尖瓣偶聯(lián)模型三維模型，獲得參數(shù)：主動脈瓣環(huán)與二尖瓣環(huán)間夾角 (aortic-mitral angle，AMA)、主動脈瓣-二尖瓣中心距離。最后生成主動脈瓣-二尖瓣偶聯(lián)三維模型，并繪制出參數(shù)在整個心動周期的變化趨勢圖(圖3)，選取整個心動周期中最大值及最小值進行統(tǒng)計學分析。

1.2.3重復性檢驗 選取每個測量參數(shù)最大值或平均值進行重復性檢驗，組內(nèi)重復性檢驗采用同一位醫(yī)師在1周內(nèi)對所有患者三維圖像重復測量上述參數(shù)；由另一位同資歷醫(yī)師重復上述過程并測量相關參數(shù)進行組間重復性檢驗。

1.3 統(tǒng)計學方法采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。正態(tài)分布計量資料采用均數(shù)±標準差表示。心動周期中測量參數(shù)變化情況采用獨立樣本t檢驗。組內(nèi)重復性評價采用相關系數(shù)(ICC，低于0.4 表示信度較差，高于0.75表示信度良好)檢驗，結(jié)果以均值(95%可信區(qū)間)表示。P< 0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 主動脈瓣-二尖瓣偶聯(lián)相關參數(shù)及分析結(jié)果入選患者均獲得完整的心動周期動態(tài)分析結(jié)果及動態(tài)曲線圖。選取最大及最小值分析二者在同一心動周期的動態(tài)變化規(guī)律，顯示所有參數(shù)最大值及最小值的差異均有統(tǒng)計學意義(均P< 0.001)，見表1。對于主動脈瓣形態(tài)分析獲得主動脈瓣環(huán)徑、瓣環(huán)周長、瓣環(huán)面積在心動周期中呈規(guī)律變化，即其在等容收縮期達到最大值，然后逐漸減小至舒張早期達到最低值；主動脈瓣緣對合高度在心動周期中呈明顯變化(44.6±9.1)%，同時無冠瓣葉高度在心動周期中變化率明顯小于右、左冠瓣(28.7±6.9，40.1±7.4，43.8±10.3，P< 0.001)。

二尖瓣環(huán)面積與主動脈瓣環(huán)面積呈相反變化趨勢，即二尖瓣環(huán)面積于舒張早期達到峰值(866.4±160.4)mm2，此時主動脈瓣環(huán)面積處于最小值(413.5±62.9)mm2；收縮期二尖瓣環(huán)面積位于最小值(621.7±149.0)mm2，主動脈瓣環(huán)面積則逐漸達到峰值(517.2±71.8)mm2。主動脈瓣-二尖瓣偶聯(lián)相關參數(shù)AMA(圖4A)及主動脈瓣-二尖瓣中心距離(圖4B)在心動周期中呈規(guī)律變化，等容收縮期中心距離最大(21.6±1.4)mm，其后隨左心室容量變化致等容舒張期達到最小值(18.4±2.0)mm；AMA在收縮末期最小(94.3±12.7)°，在舒張期達到峰值(124.8±9.3)°。

圖4 eSie Valves四維自動定量分析系統(tǒng)圖像 A：主動脈瓣環(huán)-二尖瓣環(huán)夾角；B：主動脈瓣-二尖瓣中心距離

表1 eSie Valves四維自動定量分析結(jié)果

注：*P< 0.001無冠瓣瓣葉高度vs 左冠瓣瓣葉高度，#P< 0.001無冠瓣瓣葉高度vs 右冠瓣瓣葉高度

2.2 重復性檢驗在同一醫(yī)師和不同醫(yī)師間的兩次重復測量結(jié)果ICC值均>0.75 (P< 0.05)，見表2，提示重復性好，數(shù)據(jù)可靠。

表2 eSie Valves四維自動定量分析結(jié)果重復性檢驗

3 討論

一直以來，國內(nèi)外通常將主動脈瓣和二尖瓣作為解剖及功能獨立的兩部分進行研究，而對二者偶聯(lián)機制關注甚少[4，5]。主動脈瓣環(huán)和二尖瓣瓣環(huán)共同附屬于心臟纖維骨架結(jié)構，其二者之間的空間夾角及中心距離隨心動周期呈動態(tài)變化，可反應二者的偶聯(lián)關系。既往對于其空間三維結(jié)構的研究多使用放射標記物標記動物瓣環(huán)，追蹤其運動軌跡[6，7]。近年來3D-TEE廣泛應用于臨床，但因其成像依賴于多心動周期拼接，空間分辨率較低，定量分析準確性還受到質(zhì)疑?；?D-TEE的瓣膜定量軟件eSie Valves為單心動周期成像，不受心律影響，提高了空間分辨率，使定量分析結(jié)果與CT等設備的一致性明顯提高[8，9]。其構建了主動脈瓣-二尖瓣偶聯(lián)空間模型，并提供全心動周期變化曲線及參數(shù)。本研究應用此技術探索心臟結(jié)構無顯著異常人群的主動脈瓣-二尖瓣動態(tài)偶聯(lián)機制，相關研究在國內(nèi)外較少，研究方法及研究視角具有一定的創(chuàng)新性。

研究成功獲得主動脈根部三維模型，顯示其結(jié)構呈“冠冕型”，主動脈瓣瓣環(huán)徑、瓣環(huán)面積及周長、瓣緣對合高度均在心動周期中不斷變化。其中無冠瓣葉高度變化率明顯小于左、右冠瓣，與其他研究結(jié)果一致[10]，符合其形態(tài)學“固定”于共同纖維組織的特點；此外，研究結(jié)果表明二尖瓣環(huán)形態(tài)呈“馬鞍型”，瓣環(huán)面積、周長、前后徑及瓣環(huán)高度在心動周期均發(fā)生動態(tài)變化，其中前瓣環(huán)周長變化小于后瓣環(huán)。原因與解剖上二尖瓣前瓣環(huán)及無冠瓣錨定于共同纖維組織有關，說明共同纖維連接同時作用于兩瓣環(huán)，維持其二者處于相對固定位置，使其在心動周期中成為一個有機整體[9]。

本研究結(jié)果提示主動脈瓣及二尖瓣環(huán)面積存在“此消彼長”的相對變化規(guī)律，即舒張早期二尖瓣環(huán)面積達到峰值時主動脈瓣環(huán)面積處于最小值；相反，收縮期二尖瓣環(huán)面積位于最小值時主動脈瓣環(huán)面積達到峰值。這種變化與其協(xié)同作用于左心室射血，維持左心室功能相關。AMA及主動脈瓣-二尖瓣中心距離是反應二者偶聯(lián)機制的重要參數(shù)，本研究表明心室收縮期兩瓣環(huán)共同向心尖部位移，維持角度在一定范圍內(nèi)變化至最小值，共同維持左心室收縮運動，這一變化規(guī)律與既往研究類似[10～12]。以上研究結(jié)果對于進一步研究疾病人群主動脈瓣-二尖瓣環(huán)偶聯(lián)機制，探討瓣膜手術中二者相互影響具有重要應用價值。

本研究仍有諸多不足，因正常人群無經(jīng)食管超聲檢查指證，故納入人群為心臟結(jié)構及功能大致正常的心律失常及卵圓孔未閉患者，且作為早期探索性研究，研究質(zhì)量也受樣本量偏小的影響。未來課題組計劃加大研究樣本量，并在特定疾病人群中進行深入探索。

綜上，eSie Valves四維自動定量分析系統(tǒng)能重建主動脈瓣根部、二尖瓣及二者空間偶聯(lián)模型，測量多項相關參數(shù)，為主動脈瓣-二尖瓣偶聯(lián)機制的定量研究提供了新工具，可為瓣膜手術的診斷及治療決策提供參考，具有一定的臨床應用價值。