基于经皮主动脉瓣膜植入术的影像学临床应用与进展

崔辰 赵世华 综述

(中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心 阜外医院磁共振影像科，北京100037)



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基于经皮主动脉瓣膜植入术的影像学临床应用与进展

崔辰 赵世华 综述

(中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心 阜外医院磁共振影像科，北京100037)

主动脉瓣狭窄是高龄人群最常见的瓣膜疾病，随着中国老龄化的加剧，患病人数呈逐年上升的态势。但许多患者常罹患其他伴随疾病，难以耐受传统外科手术。经皮主动脉瓣膜植入术(transcatheter aortic valve implantation,TAVI)经过10年的发展，可作为外科手术高危患者的备选治疗方案。影像学在患者术前评估、术中指导、术后随访以及患者适应证的选择中均起着至关重要的作用。现结合最新的循证医学证据及TAVI中国专家共识[1]，总结影像学在TAVI中的临床应用与最新进展。

1 超声心动图的应用与进展

超声心动图由于其便捷性和高时间分辨率，在观察患者瓣膜形态和运动时有着其他影像学检查无法比拟的优势。除了可准确观察瓣叶的数目和钙化外，还可大致评估心脏的收缩功能，是TAVI术前评估不可或缺的影像学检查。超声心动图可快速测量主动脉瓣环，但超过90%的患者的瓣环呈椭圆形[2]，二维超声心动图仅能从某一切面测量瓣环内径，因此常会低估瓣环直径[3]。三维经食管超声心动图可在术中准确地观察主动脉瓣环最长、最短径随心动周期的变化，借助最新的分析软件，还可动态实时显示主动脉瓣根部的结构[4-5]。研究发现三维经食管超声在瓣环直径测量和在瓣周漏的预测方面与多层螺旋CT(multislice CT，MSCT)有高度一致性，在患者有CT对比剂过敏风险时可作为TAVI瓣膜型号选择的参考[6]。

除了上述优势外，超声心动图可在瓣膜释放后即刻评估瓣膜的位置和功能，其中对瓣周漏的评估有重要意义。瓣周漏会显著影响患者围术期及长期预后，在TAVI术后的发生率为11%～24%。术中经食管超声能即刻筛查瓣周漏，一旦发现，可及时借助后扩张、“瓣中瓣”等手段纠正。FRANCE2注册研究指出经食管超声的应用可显著减少术后瓣周漏的发生[7]。

2 CT的应用与进展

MSCT有高空间分辨率、大视野和容积成像的优势，可准确评价主动脉瓣环及其根部形态。对于瓣环形态不规则的患者，在多平面重建处理后可对瓣环最长径、最短径、周长以及面积等多种参数进行测量。除参数测量外，MSCT能提供胸、腹、髂血管的详细解剖结构，明确患者血管扭曲及钙化程度并排除动脉夹层等危险因素，是极为有效的入路评估手段。

瓣膜钙化在主动脉瓣狭窄的发生发展中起到重要作用，同时也是患者不良预后的危险因素[8]。早期研究发现：超声心动图检查中瓣膜中量以上钙化者较无钙化者预后更差[9]。主动脉瓣膜钙化积分可经CT图像后处理获取，能定量评估患者钙化的范围和程度，与钙化组织的质量高度相关[10]。瓣膜钙化积分可作为患者预后判断的可靠指标。Clavel等在一794例大样本、多中心的前瞻性研究中发现：较高的主动脉钙化积分是主动脉瓣狭窄患者死亡的独立预测因子(HR=1.75，95%CI1.04～2.92)，强烈提示了对瓣膜重度钙化患者随访的重要性。

钙化积分不光有疾病预后判断价值，也与术后瓣周漏这一危险因素高度相关[11-12]。Koos等[13]的研究发现主动脉瓣钙化积分与瓣周漏的严重程度高度相关，当瓣膜钙化积分>3 000时，患者术后的瓣周漏风险显著增高。 Koh等[14]通过进一步研究发现，瓣周漏多发生于主动脉瓣钙化程度较高的瓣叶处，肯定了瓣膜钙化对患者预后的判断价值。

3 心脏磁共振的应用与进展

借助多方位成像和高信噪比的优势，通过妥善的平面选择，磁共振(magnetic resonance imaging,MRI)电影序列或相位对比速度编码电影序列可以在多个平面内观察瓣膜的运动。MRI二维面积测量法可在超声心动图声窗受限时直接计算瓣膜的面积。此外，MRI能更加准确地评估患者的左室功能、心肌质量和心室容积[15]。研究证实，在评估瓣环和主动脉根部结构时，MRI电影序列和3D心脏扫描序列与MSCT一致性好，两者效果相当[3，16]。MRI稳态自由进动序列无需对比剂就可显示患者重要的解剖结构，在患者不能耐受CT对比剂时，可作为替代CT的首选检查方法。然而也有研究指出，CT、MRI及超声心动图对瓣环的测量结果相近，但不完全相同，需要在进一步的对照研究中证实不同影像检查参数测量的准确性。在术后瓣周漏评估中，MRI可以在肉眼看不到反流束的情况下通过相位对比法定量反流的大小，是超声心动图检查受限时有效的备选检查方案。

MRI延迟强化(late gadolinium enhancement,LGE)是评估局灶性心肌纤维化的金标准，对缺血性心脏病和非缺血性心肌病的预后判断都有重要价值，LGE对于心脏疾病的意义已经逐渐从“bright is dead”向“bright is bad”转变。在主动脉瓣狭窄的患者中，左室肥厚作为后负荷增加的主要代偿手段，而病理证实心肌纤维化也在同时发生。Dweck等[17]利用心脏MRI对143例主动脉瓣狭窄患者心肌纤维化情况进行了评估，在两年的随访中发现，存在LGE的患者有高于无LGE者8倍的死亡风险；壁间(mid-wall)纤维化是患者死亡的独立预测因子之一。2014年的一项研究发现与上述研究类似，证实了MRI所测得的LGE会增加TAVI及外科主动脉瓣膜置换术患者围术期及5年内的全因死亡风险[18]。另有研究发现存在延迟强化的患者即使进行瓣膜置换术，纤维化的状况也无逆转[17，19]，而严重纤维化的患者术后的NYHA分级并没有明显改善[19]。这些研究结果均提示：在疾病早期出现LGE前TAVI更加安全，患者进行手术的获益更大；而当疾病发展到出现LGE时，即使进行TAVI，症状改善也不明显。中国目前TAVI专家共识中，行TAVI需参考瓣膜的受损情况及患者症状[1]，而在患者出现症状时，部分患者可能已经存在严重的心肌纤维化，因此LGE对手术时机的选择也有重要的指导价值。

弥漫性心肌纤维化被认为是许多心脏疾病的治疗靶点[20]，而LGE成像技术依赖纤维化和正常组织注射对比剂后信号强度的差异，对弥漫性纤维化敏感度差。T1 mapping技术可通过量化组织的T1值反映患者心肌纤维化的情况。T1值在经过血浆和血池中对比剂的分布容积校正后，可获取患者心肌的细胞外容积分数(extracellular volume fraction,ECV)。该参数常评估弥漫性或早期纤维化，可重复性好[21]。Flett等[22]通过ECV技术计算了19例主动脉瓣狭窄患者的ECV值，其结果与病理组织切片所计算的胶原容积分数高度相关。虽然部分研究发现主动脉瓣狭窄患者与健康志愿者ECV值有一定的重叠[23]，限制了ECV对主动脉瓣狭窄的诊断效力，但研究已经证实了ECV对其他心血管疾病的预后判断价值[24]，由于有较高的敏感度和可重复性，随着循证医学证据的积累，ECV势必将成为主动脉瓣狭窄患者预后评价的新指标。

4 影像融合技术在TAVI中的应用

在TAVI中，实时准确地定位导管的位置，显示患者解剖结构至关重要。目前主要的心血管系统介入引导手段为血管造影，常受限于二维影像以及对造影剂的依赖。影像融合技术能有效地结合不同影像学方法的优势，已在不同结构性心脏病中相继开展运用[25]。其中，以超声心动图和血管造影的融合发展最为迅速，这种实时成像技术使术者在透视操作的同时，通过超声心动图明确患者心内结构及瓣膜运动，大大增加了手术的成功率。Arujuna等[26]已在2014年分别于体模、实验动物及人体实现了超声心动图和血管造影的融合引导的TAVI，融合影像可清晰地显示左室流出道、升主动脉及主动脉瓣，术中图像的融合误差为3.4 mm。Krishnaswamy等[27]也报道了术中CT重建的主动脉根部结构与血管造影的个案，该技术能更准确地显示冠状动脉开口位置以及瓣环角度，对瓣膜的准确放置起到有效的指导作用。MRI由于可以反映组织特征，其影像融合技术也在心脏再同步化和室性心动过速的介入治疗中开展了初步应用。

5 基于影像学的3D打印技术在TAVI中的临床应用

3D打印技术近年来在心血管疾病的诊疗中得到了快速发展，该技术生成的实体器官模型已应用于多种先天性心脏病和瓣膜病。借助3D模型可直观地进行术前分析以及TAVI瓣膜的模拟释放，对于植入瓣膜的选择和手术的成功实施有重要意义。Jung等[28]在手术前后分别进行了患者主动脉根部结构的3D打印，利用模型数据指导瓣膜选择，顺利完成手术。Ripley等[29]利用CT产生的容积数据个体化建立了16例主动脉瓣狭窄患者主动脉根部的3D模型，通过将模型与拟植入瓣膜拟合，准确地预测了术后瓣周漏发生的位置。打印技术和打印材料的进步使功能性3D打印成为可能，该技术不光可以反映人体解剖结构，还能辅助模拟组织的功能特征。Maragiannis等[30]利用两种材料融合3D打印，建立了8例患者主动脉根部的功能性3D模型。该模型以CT容积数据为基础，利用硬度不同的材料将钙化与非钙化结构打印于同一模型中。该研究团队将模型接入模拟人体循环系统的血流回路后，利用超声心动图对其血流动力学参数进行测量，发现基于模型测量的压差、主动脉瓣峰值流速以及瓣膜面积与人体测得的参数具有高度一致性。3D超声心动图和MRI成像凭借其无辐射的优势也有望在今后成为可靠的3D打印数据来源。

6 小结

影像学对TAVI的成功实施起到了关键作用，灵活应用不同的影像学手段，综合评估患者的状况，合理选择手术方式可以有效减少术后并发症。此外，清晰显示瓣膜的狭窄程度、主动脉瓣环及主动脉根部的解剖结构以及手术入路是手术成功的保证。超声心动图作为一线影像学检查手段，不但能准确评估瓣膜的受损情况，还能测量患者心室功能，明确左室及周围结构。经食管超声心动图可作为声窗受限或特殊情况下的补充。MSCT可对主动脉瓣环及其周围结构进行更准确的评估，对钙化的高敏感度使其在术前的决策及手术的预后判断中均能发挥重要作用。心脏MRI成像借助其多参数、无电离辐射的优势可综合评估患者的瓣膜、血流、心室功能以及主动脉结构。其特有的纤维化评估技术可以作为预后判断及危险分层的有效手段。随着循证医学证据的积累和技术的进步，影像学势必会推动TAVI向更加安全、更加有效的方向发展。

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Clinical Application and Development of Medical Imaging in Transcatheter Aortic Valve Implantation

CUI Chen,ZHAO Shihua

(DepartmentofMRI,FuwaiHospital,NationalCenterforCardiovascularDiseases,PekingUnionMedicalCollege,ChineseAcademyofMedicalSciences,Beijing100037,China)

带双孔房间隔限流器造瘘对犬肺动脉高压模型作用机制的研究(14ZR1406700)

崔辰(1988—)，在读博士，主要从事心血管影像学临床研究。Email:cuichen@fuwaihospital.org

赵世华(1962—)，教授，主任医师，博士，主要从事心血管影像诊断及结构性心脏病介入治疗研究。Email:cjrzhaoshihua2009@163.com

2016-08-30