引用本文: 焦靜, 方亮, 張步升, 謝曉奕, 趙乃時, 王潁驊, 吳衛華, 孔燁. 主動脈根部 CTA 影像評估在主動脈瓣成形術中的應用價值. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2022, 29(1): 80-84. doi: 10.7507/1007-4848.202011089 復制
主動脈根部在解剖結構上非常復雜,它包括主動脈瓣環(AVA)、瓣葉、瓣葉交界、主動脈竇及竇管交界(STJ)共同配合維持正常的生理功能[1],并在維持左室流出道血液平流中起重要作用[2]。退行性病變、感染、風濕以及主動脈夾層和動脈瘤等均可以引起主動脈瓣葉病變導致狹窄或者關閉不全。傳統外科手術以主動脈瓣置換為主,但主動脈瓣成形技術正使越來越多的主動脈瓣病變患者獲益。兩種技術相比需要綜合考慮的因素包括置換術后的抗凝并發癥、成形技術的耐久性以及外科技術的可重復性和穩定性等[3-5]。因此,成形與置換的利弊從 20 世紀中期一直爭論至今仍無定論。但成形技術對年輕患者特別是主動脈瓣二葉畸形的患者獲益是明顯的[6]。術前心臟超聲對主動脈瓣葉及主動脈根部的形態學評估是目前作為手術方式選擇依據的主流方法。但隨著結構性心臟病介入技術的迅猛發展,心電門控的主動脈根部增強 CT 重建[主動脈根部 CT血管造影(CTA)]在介入瓣膜治療中的作用越來越顯出其獨特的優勢,在 AVA 的大小及形態的評估上尤其如此。但是主動脈根部 CTA 評估在主動脈瓣成形技術中的應用價值報道很少。本文的研究目的是探索主動脈根部 CTA 在主動脈瓣成形手術術前形態學評估中的應用價值,比較術前經胸二維超聲和主動脈根部 CTA 的評估數據與術中外科測量數據的相關程度。
1 資料與方法
1.1 納入和排除標準
回顧性分析 2018 年 1 月至 2020 年 8 月期間,在我院行主動脈瓣成形術主動脈瓣病變患者的臨床資料。術前均通過經胸二維超聲明確主動脈瓣病變。納入標準為主動脈瓣成形患者術前超聲、CTA 數據及術中測量數據完整的病例。排除標準為主動脈瓣成形術前不能耐受主動脈 CTA 檢查的患者以及術中測量數據不完整的病例。共收集患者 53 例,其中男 38 例、女 15 例,年齡為 10~77(42.9±18.3)歲,體表面積為 1.20~2.12(1.7±0.2)m2。
1.2 術中主動脈瓣環的測量方法
AVA 定義為 3 個主動脈瓣竇的最低點形成的一個平面環,這是一個臨床假想的基底環(virtual basal ring,VBR),不同于左室與主動脈交界的真實解剖結構(ventricular aortic junction,VAJ)[7]。術中 AVA 測量,在心臟停搏狀態下,于 STJ 部位橫斷升主動脈,采用標準 Hegar 探條(Geister 21-8200,德國)進行測量。
1.3 儀器與檢查方法
心臟超聲數據采集方法采用經胸超聲機器 GE Vivid E9,M5S 探頭,1.5~4.5 Hz。同步接入心電圖,常規左室長軸切面連續采取 5 個心動周期手動測量 AVA 直徑。CTA 數據采集方法采用 GE 公司提供的 revolution CT 掃描儀,患者取平臥位且頭先進,電壓 120 kV,電流 500~720 mAs,轉速 0.28 s/r,軸掃,矩陣 512×512。掃描層厚 0.625 mm,重建層厚 0.625 mm,先采取常規平掃,掃描范圍自氣管隆突水平至膈肌水平,囑患者一次性屏氣下完成掃描;給予碘普羅胺注射液(優維顯,拜耳醫藥保健有限公司廣州分公司,規格:370 mgL/mL,國藥準字 12010030L)5 mL,應用 20 G 套管針進行靜脈團注(團注速率≥4.5 mL/s),設置 250 Hu 為興趣區域響應閾值,達到閾值后進行增強掃描。
1.4 圖像處理與統計學分析
將影像導入至 CVI 42 后處理軟件(Circle Cardiovascular Imaging,加拿大),在分析界面取 3 個主動脈瓣竇的最低點,并通過多平面的比較確認最低點不包含瓣竇;軟件通過模擬形成一個假想平面,通過多點選取生成平面(AVA)的直徑和面積。數據資料采用統計學軟件 SAS 9.4 以及 SPSS 19.0 進行分析。符合正態分布的計量資料采用均數±標準差(±s)描述,計數資料采用例數和百分比描述。利用 Pearson 相關系數及均方誤差(mean squared error,MSE)比較術前超聲、CT 與術中測量數據的相關性和一致性;利用一般線性模型探索心臟超聲數據的換算公式,并檢驗其有效性。Radj2 越接近 1,模型的擬合效果就越好,換算公式就越準確。檢驗水準取雙側 α=0.05。
1.5 倫理審查
本研究已通過上海市胸科醫院醫學倫理委員會批準(IS21014),并獲得患者及監護人知情同意。
2 結果
2.1 一般資料
主動脈瓣反流 40 例、主動脈瓣狹窄 5 例、主動脈瓣反流合并狹窄 7 例、主動脈夾層 1 例。所有患者均行主動脈瓣成形術,1 例夾層合并升主動脈置換術;見表 1。


2.2 術前心臟超聲及主動脈根部 CTA 測量 AVA 與術中測量數據的比較
術前心臟超聲和術前 CT AVA 測量值與術中 AVA 測量值均呈正相關(P<0.001)。與術前心臟超聲 AVA 測量值相比,術前 CT AVA 測量值保持了較高的準確性,以及與術中 AVA 測量值的一致性(ρ=0.95,P<0.001,MSE=2.72);見表 2。同時,術前 CT AVA 與術中實測 AVA 的相關系數高于術前心臟超聲 AVA 與術中實測 AVA 的相關系數,差異有統計學意義(P<0.001)。

2.3 竇管交界、竇部直徑以及主動脈瓣環的換算公式探索
術前心臟超聲數據測量的 STJ(垂直于升主動脈的橫截面直徑)、竇部直徑(Sinus)以及 AVA(3 個主動脈竇最低點形成的假想平面直徑)之間可以通過公式互相換算。回歸結果顯示,擬合模型 3 的 Radj2>模型 1 的 Radj2>模型 2 的 Radj2,即模型 3:AVA=6.46+0.40×Sinus+0.16×STJ 擬合效果最好;見表 3。

3 討論
主動脈瓣成形技術在主動脈瓣病變外科手術治療中占據越來越重要的地位[8]。以往的主動脈瓣病變傳統外科手術方式以瓣膜置換為主,但很多研究表明無論是機械瓣還是生物瓣置換遠期效果并不如預期。生物瓣的衰敗和機械瓣終生抗凝的出血/血栓栓塞是無法回避的問題[9]。主動脈瓣修復成形的優勢不言而喻,這也是近幾年成形技術迅速成熟的原因[10]。
主動脈根部及主動脈瓣的形態結構復雜是阻礙主動脈瓣成形技術推廣的原因之一。 AVA 、主動脈竇部及 STJ 3 者之間的合適比例是決定成形技術遠期療效的重要因素。主動脈瓣瓣葉的游離緣長度,瓣葉幾何高度和有效對合高度是維持瓣葉對合功能的 3 大組成部分[11-12]。主動脈根部與主動脈瓣瓣葉是一個功能復合體,只有術前深入定量評估主動脈根部和主動脈瓣的解剖形態,才能明確這個功能復合體的解剖異常和功能異常之間的確切關系,從而準確制定修復成形手術的技術方案。功能性主動脈瓣瓣環(functional aortic annulus)是一個三維立體的解剖結構,外科臨床將 AVA 定義為 3 個主動脈瓣竇的最低點形成的一個平面環,位于功能性主動脈瓣瓣環的基底部位,因此是一個假想的平面環。這個臨床假想的平面環不同于左室-主動脈交界這個真實解剖結構,然而卻是一個方便實用的外科臨床概念。
心臟超聲檢查目前是術前評估主動脈根部及瓣葉功能的常規檢查。雖然三維食管超聲已經可以在幾何形態學上深入分析[13],但經胸二維超聲由于其操作簡單,技術可復制性強仍是臨床最常用的術前評估手段。通過經胸心臟超聲可以快速了解 AVA、主動脈竇以及 STJ 的直徑,瓣葉的功能形態等。AVA、Sinus 和 STJ 之間的關系國內相關報道較少。我們嘗試收集了 53 例數據完整的病例,建立換算公式,并運用模型系數檢驗其有效性。嘗試建立的 3 個模型中,雖然模型 1 和模型 2 的自變量有統計學意義,而模型 3 中的 STJ 系數無統計學意義,但模型的好壞不僅僅是系數的檢驗結果,更應該關注納入的變量對模型擬合效果評價指標 Radj2 的提升,以及對重要變量的影響。單獨換算的效果 Sinus 比 STJ 好,因此 Sinus 更重要。由于 STJ 的加入,使得 Sinus 的系數變化超過了 20%[(0.54–0.4)/0.54×100%=26%]。因此選擇模型 3。模擬換算公式為:AVA=6.46+0.40×Sinus+0.16×STJ。當然,由于樣本量的局限性,公式本身需要進一步的驗證以及更多的數據進行繼續調整,在外科臨床應用的有效性和臨床意義仍需進一步闡明。同時,對于經胸超聲所得的數據與真實術中測量數據之間的相關性也需要進一步優化。
在臨床實踐中,我們發現經胸二維超聲在左室長軸的單切面評估主動脈瓣瓣環大小與術中實際測量值存在一定的誤差。因此,嘗試應用主動脈根部 CTA 作為術前評估的方法。結果發現主動脈根部 CTA 影像經后期軟件處理分析所得的數據與術中真實測量數據的一致性比二維經胸心臟超聲更好。其原因可能是 AVA 解剖上是一個類似橢圓的形狀,并不是一個正圓。在心動周期中,收縮期與舒張期的瓣環大小也有差異,所以應用超聲的單一切面來評估會產生一定誤差[14]。Plonek 等[15]指出無論心臟超聲還是主動脈根部 CTA,單純用一個切面的數值確定主動脈竇部的大小是不準確的。它的最大直徑和最小直徑差值>5 mm,二葉畸形的差值甚至可以達到 20 mm。
術前準確評估主動脈瓣瓣環的大小可以有效明確病變機制,并指導制定手術技術方案。雖然經胸超聲單純切面的 AVA 評估存在一定誤差,但目前指南仍然推薦胸骨旁的長軸切面作為評估 AVA 的常規方法。更多的臨床研究數據或許有助于修正這個指南建議的不足。我們中心目前常規應用主動脈根部 CTA 作為主動脈瓣成形手術前的標準影像學評估手段,獲得影像資料后運用 CVI 后處理軟件在多個平面中取主動脈 3 個瓣竇的最低點平面形成主動脈瓣瓣環,通過背后的算法可以更準確地評估 AVA 的直徑和面積,為主動脈瓣成形手術提供有力的依據。我們的數據統計結果表明,與經胸超聲相比,通過主動脈根部 CTA 獲得的主動脈瓣瓣環數值與術中實際測量的數值一致性更好。
目前在主動脈瓣介入技術領域,術前主動脈根部 CTA 檢查已經成為標準方法[16]。隨著技術的不斷拓展和深入,主動脈根部 CTA 可以更細致地評估主動脈根部及主動脈瓣瓣葉的解剖形態。目前,全時相的主動脈根部 CTA 可以初步用于評估主動脈根部與主動脈瓣復合體的功能狀態,心臟磁共振也漸漸開始應用到這一領域中。可以預見,在不久的將來,三維食管超聲,全時相主動脈 CTA 以及心臟磁共振將互相取長補短[17],為外科醫生術前提供一個接近真實的解剖形態與功能狀況的綜合分析。
綜上所述,和經胸二維超聲相比,主動脈根部 CTA 的評估數據,與外科術中實際測量的數據具有更好的一致性和準確性。主動脈根部 CTA 應用于主動脈瓣成形的術前形態學評估,是一項更加準確可靠的方法。
利益沖突:無。
作者貢獻:焦靜、方亮負責數據分析和論文撰寫;張步升負責論文設計、審閱;謝曉奕、趙乃時、王潁驊負責數據分析整理和論文審閱;吳衛華、孔燁負責對文章的知識性內容作批評性審閱。
主動脈根部在解剖結構上非常復雜,它包括主動脈瓣環(AVA)、瓣葉、瓣葉交界、主動脈竇及竇管交界(STJ)共同配合維持正常的生理功能[1],并在維持左室流出道血液平流中起重要作用[2]。退行性病變、感染、風濕以及主動脈夾層和動脈瘤等均可以引起主動脈瓣葉病變導致狹窄或者關閉不全。傳統外科手術以主動脈瓣置換為主,但主動脈瓣成形技術正使越來越多的主動脈瓣病變患者獲益。兩種技術相比需要綜合考慮的因素包括置換術后的抗凝并發癥、成形技術的耐久性以及外科技術的可重復性和穩定性等[3-5]。因此,成形與置換的利弊從 20 世紀中期一直爭論至今仍無定論。但成形技術對年輕患者特別是主動脈瓣二葉畸形的患者獲益是明顯的[6]。術前心臟超聲對主動脈瓣葉及主動脈根部的形態學評估是目前作為手術方式選擇依據的主流方法。但隨著結構性心臟病介入技術的迅猛發展,心電門控的主動脈根部增強 CT 重建[主動脈根部 CT血管造影(CTA)]在介入瓣膜治療中的作用越來越顯出其獨特的優勢,在 AVA 的大小及形態的評估上尤其如此。但是主動脈根部 CTA 評估在主動脈瓣成形技術中的應用價值報道很少。本文的研究目的是探索主動脈根部 CTA 在主動脈瓣成形手術術前形態學評估中的應用價值,比較術前經胸二維超聲和主動脈根部 CTA 的評估數據與術中外科測量數據的相關程度。
1 資料與方法
1.1 納入和排除標準
回顧性分析 2018 年 1 月至 2020 年 8 月期間,在我院行主動脈瓣成形術主動脈瓣病變患者的臨床資料。術前均通過經胸二維超聲明確主動脈瓣病變。納入標準為主動脈瓣成形患者術前超聲、CTA 數據及術中測量數據完整的病例。排除標準為主動脈瓣成形術前不能耐受主動脈 CTA 檢查的患者以及術中測量數據不完整的病例。共收集患者 53 例,其中男 38 例、女 15 例,年齡為 10~77(42.9±18.3)歲,體表面積為 1.20~2.12(1.7±0.2)m2。
1.2 術中主動脈瓣環的測量方法
AVA 定義為 3 個主動脈瓣竇的最低點形成的一個平面環,這是一個臨床假想的基底環(virtual basal ring,VBR),不同于左室與主動脈交界的真實解剖結構(ventricular aortic junction,VAJ)[7]。術中 AVA 測量,在心臟停搏狀態下,于 STJ 部位橫斷升主動脈,采用標準 Hegar 探條(Geister 21-8200,德國)進行測量。
1.3 儀器與檢查方法
心臟超聲數據采集方法采用經胸超聲機器 GE Vivid E9,M5S 探頭,1.5~4.5 Hz。同步接入心電圖,常規左室長軸切面連續采取 5 個心動周期手動測量 AVA 直徑。CTA 數據采集方法采用 GE 公司提供的 revolution CT 掃描儀,患者取平臥位且頭先進,電壓 120 kV,電流 500~720 mAs,轉速 0.28 s/r,軸掃,矩陣 512×512。掃描層厚 0.625 mm,重建層厚 0.625 mm,先采取常規平掃,掃描范圍自氣管隆突水平至膈肌水平,囑患者一次性屏氣下完成掃描;給予碘普羅胺注射液(優維顯,拜耳醫藥保健有限公司廣州分公司,規格:370 mgL/mL,國藥準字 12010030L)5 mL,應用 20 G 套管針進行靜脈團注(團注速率≥4.5 mL/s),設置 250 Hu 為興趣區域響應閾值,達到閾值后進行增強掃描。
1.4 圖像處理與統計學分析
將影像導入至 CVI 42 后處理軟件(Circle Cardiovascular Imaging,加拿大),在分析界面取 3 個主動脈瓣竇的最低點,并通過多平面的比較確認最低點不包含瓣竇;軟件通過模擬形成一個假想平面,通過多點選取生成平面(AVA)的直徑和面積。數據資料采用統計學軟件 SAS 9.4 以及 SPSS 19.0 進行分析。符合正態分布的計量資料采用均數±標準差(±s)描述,計數資料采用例數和百分比描述。利用 Pearson 相關系數及均方誤差(mean squared error,MSE)比較術前超聲、CT 與術中測量數據的相關性和一致性;利用一般線性模型探索心臟超聲數據的換算公式,并檢驗其有效性。Radj2 越接近 1,模型的擬合效果就越好,換算公式就越準確。檢驗水準取雙側 α=0.05。
1.5 倫理審查
本研究已通過上海市胸科醫院醫學倫理委員會批準(IS21014),并獲得患者及監護人知情同意。
2 結果
2.1 一般資料
主動脈瓣反流 40 例、主動脈瓣狹窄 5 例、主動脈瓣反流合并狹窄 7 例、主動脈夾層 1 例。所有患者均行主動脈瓣成形術,1 例夾層合并升主動脈置換術;見表 1。


2.2 術前心臟超聲及主動脈根部 CTA 測量 AVA 與術中測量數據的比較
術前心臟超聲和術前 CT AVA 測量值與術中 AVA 測量值均呈正相關(P<0.001)。與術前心臟超聲 AVA 測量值相比,術前 CT AVA 測量值保持了較高的準確性,以及與術中 AVA 測量值的一致性(ρ=0.95,P<0.001,MSE=2.72);見表 2。同時,術前 CT AVA 與術中實測 AVA 的相關系數高于術前心臟超聲 AVA 與術中實測 AVA 的相關系數,差異有統計學意義(P<0.001)。

2.3 竇管交界、竇部直徑以及主動脈瓣環的換算公式探索
術前心臟超聲數據測量的 STJ(垂直于升主動脈的橫截面直徑)、竇部直徑(Sinus)以及 AVA(3 個主動脈竇最低點形成的假想平面直徑)之間可以通過公式互相換算。回歸結果顯示,擬合模型 3 的 Radj2>模型 1 的 Radj2>模型 2 的 Radj2,即模型 3:AVA=6.46+0.40×Sinus+0.16×STJ 擬合效果最好;見表 3。

3 討論
主動脈瓣成形技術在主動脈瓣病變外科手術治療中占據越來越重要的地位[8]。以往的主動脈瓣病變傳統外科手術方式以瓣膜置換為主,但很多研究表明無論是機械瓣還是生物瓣置換遠期效果并不如預期。生物瓣的衰敗和機械瓣終生抗凝的出血/血栓栓塞是無法回避的問題[9]。主動脈瓣修復成形的優勢不言而喻,這也是近幾年成形技術迅速成熟的原因[10]。
主動脈根部及主動脈瓣的形態結構復雜是阻礙主動脈瓣成形技術推廣的原因之一。 AVA 、主動脈竇部及 STJ 3 者之間的合適比例是決定成形技術遠期療效的重要因素。主動脈瓣瓣葉的游離緣長度,瓣葉幾何高度和有效對合高度是維持瓣葉對合功能的 3 大組成部分[11-12]。主動脈根部與主動脈瓣瓣葉是一個功能復合體,只有術前深入定量評估主動脈根部和主動脈瓣的解剖形態,才能明確這個功能復合體的解剖異常和功能異常之間的確切關系,從而準確制定修復成形手術的技術方案。功能性主動脈瓣瓣環(functional aortic annulus)是一個三維立體的解剖結構,外科臨床將 AVA 定義為 3 個主動脈瓣竇的最低點形成的一個平面環,位于功能性主動脈瓣瓣環的基底部位,因此是一個假想的平面環。這個臨床假想的平面環不同于左室-主動脈交界這個真實解剖結構,然而卻是一個方便實用的外科臨床概念。
心臟超聲檢查目前是術前評估主動脈根部及瓣葉功能的常規檢查。雖然三維食管超聲已經可以在幾何形態學上深入分析[13],但經胸二維超聲由于其操作簡單,技術可復制性強仍是臨床最常用的術前評估手段。通過經胸心臟超聲可以快速了解 AVA、主動脈竇以及 STJ 的直徑,瓣葉的功能形態等。AVA、Sinus 和 STJ 之間的關系國內相關報道較少。我們嘗試收集了 53 例數據完整的病例,建立換算公式,并運用模型系數檢驗其有效性。嘗試建立的 3 個模型中,雖然模型 1 和模型 2 的自變量有統計學意義,而模型 3 中的 STJ 系數無統計學意義,但模型的好壞不僅僅是系數的檢驗結果,更應該關注納入的變量對模型擬合效果評價指標 Radj2 的提升,以及對重要變量的影響。單獨換算的效果 Sinus 比 STJ 好,因此 Sinus 更重要。由于 STJ 的加入,使得 Sinus 的系數變化超過了 20%[(0.54–0.4)/0.54×100%=26%]。因此選擇模型 3。模擬換算公式為:AVA=6.46+0.40×Sinus+0.16×STJ。當然,由于樣本量的局限性,公式本身需要進一步的驗證以及更多的數據進行繼續調整,在外科臨床應用的有效性和臨床意義仍需進一步闡明。同時,對于經胸超聲所得的數據與真實術中測量數據之間的相關性也需要進一步優化。
在臨床實踐中,我們發現經胸二維超聲在左室長軸的單切面評估主動脈瓣瓣環大小與術中實際測量值存在一定的誤差。因此,嘗試應用主動脈根部 CTA 作為術前評估的方法。結果發現主動脈根部 CTA 影像經后期軟件處理分析所得的數據與術中真實測量數據的一致性比二維經胸心臟超聲更好。其原因可能是 AVA 解剖上是一個類似橢圓的形狀,并不是一個正圓。在心動周期中,收縮期與舒張期的瓣環大小也有差異,所以應用超聲的單一切面來評估會產生一定誤差[14]。Plonek 等[15]指出無論心臟超聲還是主動脈根部 CTA,單純用一個切面的數值確定主動脈竇部的大小是不準確的。它的最大直徑和最小直徑差值>5 mm,二葉畸形的差值甚至可以達到 20 mm。
術前準確評估主動脈瓣瓣環的大小可以有效明確病變機制,并指導制定手術技術方案。雖然經胸超聲單純切面的 AVA 評估存在一定誤差,但目前指南仍然推薦胸骨旁的長軸切面作為評估 AVA 的常規方法。更多的臨床研究數據或許有助于修正這個指南建議的不足。我們中心目前常規應用主動脈根部 CTA 作為主動脈瓣成形手術前的標準影像學評估手段,獲得影像資料后運用 CVI 后處理軟件在多個平面中取主動脈 3 個瓣竇的最低點平面形成主動脈瓣瓣環,通過背后的算法可以更準確地評估 AVA 的直徑和面積,為主動脈瓣成形手術提供有力的依據。我們的數據統計結果表明,與經胸超聲相比,通過主動脈根部 CTA 獲得的主動脈瓣瓣環數值與術中實際測量的數值一致性更好。
目前在主動脈瓣介入技術領域,術前主動脈根部 CTA 檢查已經成為標準方法[16]。隨著技術的不斷拓展和深入,主動脈根部 CTA 可以更細致地評估主動脈根部及主動脈瓣瓣葉的解剖形態。目前,全時相的主動脈根部 CTA 可以初步用于評估主動脈根部與主動脈瓣復合體的功能狀態,心臟磁共振也漸漸開始應用到這一領域中。可以預見,在不久的將來,三維食管超聲,全時相主動脈 CTA 以及心臟磁共振將互相取長補短[17],為外科醫生術前提供一個接近真實的解剖形態與功能狀況的綜合分析。
綜上所述,和經胸二維超聲相比,主動脈根部 CTA 的評估數據,與外科術中實際測量的數據具有更好的一致性和準確性。主動脈根部 CTA 應用于主動脈瓣成形的術前形態學評估,是一項更加準確可靠的方法。
利益沖突:無。
作者貢獻:焦靜、方亮負責數據分析和論文撰寫;張步升負責論文設計、審閱;謝曉奕、趙乃時、王潁驊負責數據分析整理和論文審閱;吳衛華、孔燁負責對文章的知識性內容作批評性審閱。