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

近年來，主動脈瓣-二尖瓣偶聯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構上通過共有的纖維組織連接，在心動周期中協同作用，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構，而運用三維經食管超聲心動圖(three-dimensional transesophageal echocardiography，3D-TEE)，能夠呈現主動脈根部、二尖瓣及二者的空間結構，其定量參數分析的準確性已得到研究證實[2，3]。然而，由于傳統3D-TEE空間分辨率較低，對于二者偶聯機制的研究局限于靜態時相的測量，對于其在心動周期中的變化規律無法準確評估。Siemens公司近年來研發的eSie Valves四維自動定量分析系統解決了上述局限，能夠快速重建主動脈瓣-二尖瓣偶聯模型，并半自動或自動獲得其全心動周期定量數據。本研究旨在應用eSie Valves四維自動定量分析系統評估主動脈瓣-二尖瓣偶聯機制，探討主動脈瓣、二尖瓣及其偶聯參數隨心動周期的變化規律。

1 資料與方法

1.1 一般資料2018年9～12月于中國醫學科學院阜外醫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已知先天性心臟病；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經食管超聲三維探頭(頻率3.0～6.3 MHz)。依據美國超聲心動圖協會標準，于胸骨旁標準左心室長軸切面測量左心室舒張末期內徑、心室收縮末期測量左心房內徑、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，調整其位置、增益，獲取實時三維全容積成像，使主動脈瓣環及二尖瓣環清晰完整顯像。所有圖像均連續采集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及瓣葉，適當手動微調確保追蹤準確性，軟件自動重建主動脈根部三維模型(圖1)，主動脈瓣環相關參數：瓣環面積、周長、內徑、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)，二尖瓣環相關參數：瓣環面積、前、后瓣環周長、前后徑(前瓣環到后瓣環的距離)、瓣環高度(瓣環最高點到最低

圖1 eSie Valves四維自動定量分析系統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，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圖像 a：主動脈瓣-二尖瓣偶聯三維模型b：主動脈瓣環-二尖瓣環夾角在心動周期中變化趨勢

點的距離)；③依據上述分析獲得主動脈瓣-二尖瓣偶聯模型三維模型，獲得參數：主動脈瓣環與二尖瓣環間夾角 (aortic-mitral angle，AMA)、主動脈瓣-二尖瓣中心距離。最后生成主動脈瓣-二尖瓣偶聯三維模型，并繪制出參數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計學分析。

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

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

2 結果

2.1 主動脈瓣-二尖瓣偶聯相關參數及分析結果入選患者均獲得完整的心動周期動態分析結果及動態曲線圖。選取最大及最小值分析二者在同一心動周期的動態變化規律，顯示所有參數最大值及最小值的差異均有統計學意義(均P< 0.001)，見表1。對于主動脈瓣形態分析獲得主動脈瓣環徑、瓣環周長、瓣環面積在心動周期中呈規律變化，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)。

二尖瓣環面積與主動脈瓣環面積呈相反變化趨勢，即二尖瓣環面積于舒張早期達到峰值(866.4±160.4)mm2，此時主動脈瓣環面積處于最小值(413.5±62.9)mm2；收縮期二尖瓣環面積位于最小值(621.7±149.0)mm2，主動脈瓣環面積則逐漸達到峰值(517.2±71.8)mm2。主動脈瓣-二尖瓣偶聯相關參數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圖像 A：主動脈瓣環-二尖瓣環夾角；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師和不同醫師間的兩次重復測量結果ICC值均>0.75 (P< 0.05)，見表2，提示重復性好，數據可靠。

表2 eSie Valves四維自動定量分析結果重復性檢驗

3 討論

一直以來，國內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，而對二者偶聯機制關注甚少[4，5]。主動脈瓣環和二尖瓣瓣環共同附屬于心臟纖維骨架結構，其二者之間的空間夾角及中心距離隨心動周期呈動態變化，可反應二者的偶聯關系。既往對于其空間三維結構的研究多使用放射標記物標記動物瓣環，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疑。基于3D-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-二尖瓣偶聯空間模型，并提供全心動周期變化曲線及參數。本研究應用此技術探索心臟結構無顯著異常人群的主動脈瓣-二尖瓣動態偶聯機制，相關研究在國內外較少，研究方法及研究視角具有一定的創新性。

研究成功獲得主動脈根部三維模型，顯示其結構呈“冠冕型”，主動脈瓣瓣環徑、瓣環面積及周長、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，與其他研究結果一致[10]，符合其形態學“固定”于共同纖維組織的特點；此外，研究結果表明二尖瓣環形態呈“馬鞍型”，瓣環面積、周長、前后徑及瓣環高度在心動周期均發生動態變化，其中前瓣環周長變化小于后瓣環。原因與解剖上二尖瓣前瓣環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，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]。

本研究結果提示主動脈瓣及二尖瓣環面積存在“此消彼長”的相對變化規律，即舒張早期二尖瓣環面積達到峰值時主動脈瓣環面積處于最小值；相反，收縮期二尖瓣環面積位于最小值時主動脈瓣環面積達到峰值。這種變化與其協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機制的重要參數，本研究表明心室收縮期兩瓣環共同向心尖部位移，維持角度在一定范圍內變化至最小值，共同維持左心室收縮運動，這一變化規律與既往研究類似[10～12]。以上研究結果對于進一步研究疾病人群主動脈瓣-二尖瓣環偶聯機制，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，因正常人群無經食管超聲檢查指證，故納入人群為心臟結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能重建主動脈瓣根部、二尖瓣及二者空間偶聯模型，測量多項相關參數，為主動脈瓣-二尖瓣偶聯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。