经食管实时三维超声心动图对建立主动脉瓣简化模型的研究

刘高远，林 敏△，史学功

(安徽医科大学第一附属医院：1.心脏外科；2.心脏彩超室，合肥 230022)

经食管实时三维超声心动图对建立主动脉瓣简化模型的研究

刘高远1，林 敏1△，史学功2

(安徽医科大学第一附属医院：1.心脏外科；2.心脏彩超室，合肥 230022)

目的 应用经食管实时三维超声心动图(RT3DTEE)及其定量软件对主动脉瓣(AV)三维结构的重要参数进行测量，分析各部分的形态及生理特点，进一步建立AV简化模型，为AV成形环的设计提供客观依据。方法 选取2014年5月至2015年11月95例行RT3DTEE检查的主动脉根部正常的人群，采集主动脉根部实时三维全容积图像，应用QLAB7.0瓣环定量分析软件测量舒张末期、收缩中期、收缩末期及舒张中期的三维AV的重要参数，包括窦管交界直径(S)、相邻瓣膜交界的距离(L、R、N)、瓣膜交界构成三角形外接圆直径(J)、AV高度(H)、AA长径(A)、AA短经(B)及AA偏心率(B/A)。分析三维AV底部与AA的延续关系，简化三维AV各结构特点，建立几何模型。结果 各参数均以舒张末期为例，窦管交界为(26.3±3.3)mm，三维AV高度为(12.4±1.9)mm，AA长径、短经分别为(25.9±2.7)、(19.8±2.0)mm，相邻瓣膜交界间距离L、R、N均为(21.6±2.5)mm，三者所构成的图形近似等边三角形。比较相邻周期时相的窦管交界直径、AV高度、AA长径、三个相邻瓣膜交界间距离及它们的外接圆直径，差异均无统计学意义(P>0.05)，但舒张末期与收缩中期AA短径及AA短径与长径比值比较，差异均有统计学意义(P<0.01)。结论RT3DTEE及瓣环定量分析软件能准确测量AV各部分的大小并显示其形态，及其在不同周期时相间的变化，进而三维AV形态的简化与重建。

主动脉瓣环；实时；成像，三维；超声心动描记术，经食管

主动脉瓣成形术是治疗主动脉瓣(aortic valve，AV)器质性病变的一种外科治疗方法，但由于AV结构功能复杂，修复技术要求高，难度大等因素，致使其发展缓慢。近年来，影像检查技术的发展促进了对AV结构功能的认识，瓣膜修复技术的发展也拓展了AV成形术的适用范围，此外随着体外循环技术的改进，能提供足够的时间完成各种修复手术，致使AV成形术再次成为研究热点[1]。传统的AV成形术包括瓣叶成形及瓣环成形，常见的瓣叶成形术包括瓣叶中部折叠术、瓣叶游离缘缩短重塑术、瓣叶削薄及自体或异体材料修复或置换瓣叶等术式。常见的瓣环成形术有交界缝合、成形环成形等。而Yacoub术及David术的术式相对固定，适用范围相对更广，但技术要求高，限制了手术的广泛应用。目前主动脉瓣环(aortic annulus,AA)成形术在AV成形体系中的重要性已被认可，临床研究证实环的效果优于缝线交界成形[2]。近年来出现的AV成形环在国外已经应用于临床，并取得良好的早期效果[3-8]，但在我国却鲜有报道。本文应用经食管实时三维超声心动图(RT 3D TEE)对主动脉根部正常的成人AV各结构进行测量与简化，进而重建其几何形态，为AV成形环的设计提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2014年5月至2015年11月于安徽医科大学第一附属医院心内科超声心动图室行RT 3D TEE检查的健康成人95例，男52例，女43例；年龄18～80岁，平均(53.4±14.3)岁。排除检查时房颤发作、二叶及四叶AV畸形、主动脉瓣叶病变、主动脉根部病变(如扩张)及各种原因致使采集图像不清晰或不连续的病例。其中，单纯房间隔缺损4例，其余91例无可见的心脏器质性病变。

1.2 主要仪器与方法 Philips IE33彩色多普勒超声诊断仪，X7-2T经食管实时三维矩阵探头，频率2～7 MHz。RT 3D TEE图像数据脱机分析采用Philips QLAB7.0超声工作站。所有图像采集、分析均由同一人完成，并采用盲法原则。安静状态下，患者取左侧卧位，连接同步心电图。探头进入食道深度约35 cm，在左室长轴观方位上得到主动脉根部的双平面二维图像，调整其位置、增益，使主动脉根部(自左室流出道至升主动脉近端)清晰显像。启动“全容积(Full valiue)”模式，嘱患者屏气，在心电信号触发下，连续采集4个心动周期15°×60°的窄角三维图像，叠加形成60°×60°的宽角“金字塔”形三维数据库。

1.3 测量方法 测量时相的确定参考同步心电图及二尖瓣AV开闭状态。将两个截面置于与主动脉根部长径平行的中间位置，在长轴面测量的数据可能偏小[9]，因此除AV高度外其余数据均在于同一长轴切面垂直的短轴面(横截面)进行测量。测量内容如下：(1)窦管交界直径(S)：主动脉窦与升主动脉交界处的直径；(2)相邻瓣膜交界距离(L、R、N)：短轴面刚好显露3个瓣膜交界影像时的相邻瓣膜交界距离，见图1A；(3)AA：瓣叶附着缘最低点构成的虚拟环，该环长径(A)短经(B)，见图1B、C；(4)AV高度(H)：AA平面与3个瓣膜交界所在平面之间的垂直距离。计算内容包括AA短径与长径比值(B/A)，以及3个相邻瓣膜交界连线所构成的三角形外接圆直径(J)，见图1A中的绿环，计算采用公式：D=2LRN/[(L+R+N)(L+R-N)(R+N-L)(L+N-R))1/2]。

2 结 果

2.1 主动脉根部测算结果AV各部分测量结果见表1，AV各部分在心动周期中协调运动，相邻瓣膜交界间距离L、R、N在同一周期时相中比较，差异均无统计学意义(P>0.01)。所构成的图形近似等边三角形。

2.2 相邻周期时相主动脉各指标比较 相邻周期时相中的窦管交界直径、AV高度、AA长径、三个相邻瓣膜交界间距离及它们的外接圆直径比较，差异均无统计学意义(P>0.05)；但AA短经及AA短径与长径比值，在舒张末期与收缩中期的测量结果比较，差异均有统计学意义(P<0.01)，见表2。

2.3 主动脉窦与AA的延续关系 依据长轴可将AA分为对称的两部分，其中左冠状动脉窦和无冠状动脉窦在AA的同一侧近似对称分布，右冠状动脉窦在另一侧中点附近(图1D、E、F)。

2.4AV简化模型的建立 以实验测得的舒张末期数据为例，AV顶部简化为圆形，舒张末期直径为26mm，AA长径为26mm，短径为20mm，AV高度为12mm。瓣膜交界外接圆和AA的中心在同一直线并垂直于两环平面，建立简化的AV几何模型。见图2。

图1 AV各测量平面的RT 3D TEE影像

心动周期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：收缩中期；ES：收缩末期；MD：舒张中期；ED：舒张末期。

表2 相邻心动周期时相测量结果比较的P值

MS：收缩中期；ES：收缩末期；MD：舒张中期；ED：舒张末期。

图2 AV简化模型

3 讨 论

主动脉根部为一结构复杂，层次叠覆，活动快速的功能复合体。传统的2D-TEE难以全面显示其立体结构。随着计算机的飞速发展，图像处理速度与数据存储量大大提高。最近出现的RT-3D-TEE技术已在21世纪初正式进入临床应用，它不仅可以从任意角度观察AV数目、形态及活动，同时可以更加详细、立体地观察AV周围结构及比邻情况[10]；还能够实时地显示主动脉根部各结构的形态、厚度、腔径、方位、走向、空间关系特别是活动状况等[11]。与CTA技术相比，RT-3D-TEE的组织轮廓对比度较低但总体效果尚满意，另外无需造影剂，可避免造影剂带来的潜在风险和相应的不良反应，患者也易于接受。

主动脉根部结构在心动周期中的变化有重要的生理意义，对于AV成形环的设计也有重要的指导意义。收缩中期AA短径及短径与长径比值与舒张末期比较，差异有统计学意义(P<0.01)，AA短径在整个心动周期中的变化幅度最大。该变化可能与心动周期中AV所承受的压力变化有关，收缩期时AA短径与长径比值的增大，表明AA变得更加接近圆形，此变化增大了血流通过面积。有研究表明，AA环面积增加约5%[12]，一定程度上有利于降低左心室后负荷。但AA的周长并无明显变化[13]。而舒张期AA短径的缩小可以有效增加瓣叶对合高度，防止AV反流(AI)的发生。

本研究中瓣膜交界所构成三角形的外接圆(J环)位于AV三维结构的顶部，比窦管交界更能准确地反应立体的AV上口的形态。有报道将此处定义为窦管交界[14]。事实上此处并未到达窦顶部，本研究将窦顶部定义为窦管交界，两者测量值相差1～2mm，此差异可能是由于测量时受瓣膜交界本身的影响所致。

有研究者利用健康成年人主动脉根部CT血管造影(CTA)图像对主动脉根部形态进行研究并建立模型，表现为三个近似椭圆的主动脉窦嵌入一个圆柱状的主动脉管道中的形态。其上端为窦管交界近似圆形，底部为AA形态近似椭圆形[4]，与本研究所建立的AV简化模型相似。本研究建立的AV简化模型可为AV成形环的形态设计提供参考，目前国外所设计的AV成形环为内置硬质立体环(HAART300)，其底部形态设计为椭圆形，短长径比为2∶3，该环缝合在AV叶附着缘下方，以恢复并控制瓣环的生理形态[15-16]。

AV成形术应具备相对简捷的术式和相对持久的成形效果，目前的术式尚难以同时具备这两个条件，设计成形环用于AV成形术有望解决这一问题。国外的研究虽已完成模型建立、成形环设计、动物实验及临床试验等步骤[15-18]，但在设计、选材、植入部位及术后早期效果等方面尚有待进一步研究。术后随访2～3年，早期效果尚满意。再次手术的主要原因是植入的成形环或保留过长的线结与瓣膜摩擦而导致的瓣膜损伤[15]。此外，在成形环的材料选择上，也存在争议[19-21]。总之，AV成形环成形术的研究还处于初期阶段，有较高的研究价值。

综上所述，RT3DTEE及瓣环定量分析软件能准确测量AV各部分的大小，并显示其形态及其在不同周期时相间的变化，进而实现瓣环形态的简化与重建，为AV成形环的设计提供客观、准确的依据。 本研究尚存在一定的局限性，研究收集的样本量有限；此外，该模型仅为成形环的形态设计提供初步参考，最终的AV成形环有待于在动物实验、离体心脏试验甚至临床试验中不断修改完善。

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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

刘高远(1985-)，住院医师，硕士，主要从事外科学(胸心外科)研究。△

E-mail：linmin2008@163.com。

��·临床研究

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.36.017

R

A

1671-8348(2016)36-5095-03

2016-07-22

2016-09-26)