心腔内超声心动图等方法在经导管主动脉瓣膜植入手术实验中评价主动脉瓣环直径的比较研究

罗富良，唐跃，李卫，刘晓鹏，侯志辉，贾六军，袁卫民，吴爱丽

基础与实验研究

心腔内超声心动图等方法在经导管主动脉瓣膜植入手术实验中评价主动脉瓣环直径的比较研究

罗富良，唐跃，李卫，刘晓鹏，侯志辉，贾六军，袁卫民，吴爱丽

目的：探讨心腔内超声心动图（ICE）、经胸超声心动图（TTE）及多层螺旋计算机断层摄影术（MSCT）测量中华小型猪主动脉瓣环直径的差异，为经导管主动脉瓣膜植入术选择最佳的人工瓣膜型号的影像学方法。

方法：12只中华小型猪分别采用ICE、TTE及MSCT测量主动脉瓣环直径，比较三种方法测量的准确性和一致性，以及三种方法测量结果在人工瓣膜型号选择方面的差异。

结果：ICE、TTE和MSCT测量的瓣环直径分别为（23.69±0.83）mm、（22.91±1.11）mm和（23.81±0.76）mm，测量结果之间具有显著的差异（配对t检验）。不过Bland-Altman分析的结果提示TTE测量的结果较MSCT有显著的偏小趋势（差值均数：-0.91 mm，一致性界限：-2.78～0.97 mm），而ICE不存在这种趋势。使用三种方法指导人工瓣膜型号选择时，ICE结果与MSCT有很好的一致性（Kappa= 1.000），而TTE选择的瓣膜尺寸在33.3%（4/12）的动物较MSCT结果偏小一个型号。

结论：对于经导管主动脉瓣膜植入手术术前的主动脉瓣环测量，ICE与MSCT的结果一致性更好，TTE的结果则有低估瓣环直径的趋势，在一定的瓣膜选择策略下，ICE与MSCT的结果对瓣膜的选择具有很好的一致性，而TTE的结果易造成人工瓣膜的型号偏小。

经导管/经心尖主动脉瓣膜植入术；影像学评价；心腔内超声心动图；瓣膜型号

(Chinese Circulation Journal, 2015,30:482.)

自2002年Cribier等[1]完成了世界上首例人体经导管主动脉瓣膜植入手术以来，经导管主动脉瓣膜植入手术已经迅速成为严重主动脉瓣狭窄不能耐受外科手术或存在手术高危因素的患者的重要替代治疗方案[2-4]。国内目前尚处于起步探索阶段。在行经导管主动脉瓣膜植入手术前，针对主动脉瓣环的精确测量成为患者选择及瓣膜成功植入的关键，测量不准确会造成人工瓣膜型号不匹配，从而导致各种并发症（瓣周漏、传导阻滞等），甚至手术失败[5,6]。常规外科瓣膜植入，常依据术前经胸超声心动图（TTE）、术中经食道超声心动图（TEE）的测量结果，这些测量结果接近又不尽相同，术者会在开胸后使用测瓣器进行复核。但无论经导管主动脉逆行入路途径还是经心尖入路途径，经导管主动脉瓣膜植入手术均没有类似的复核条件。于是具有三维成像功能、能够获取任意组织结构成像平面的多层螺旋计算机断层摄影术（MSCT）正逐渐作为瓣环测量的“金标准”[7,8]，成为经导管主动脉瓣膜植入手术术前的常规检查。尽管如此，MSCT检查有X射线电离辐射，还需要患者使用造影剂，对于肾功能衰竭等高危患者不够安全。近来有学者使用心腔内超声心动图（ICE）来指导经导管主动脉瓣膜植入手术[9]，认为ICE可能成为一种行之有效的替代MSCT的方法。

因此，本研究使用我国自主研发的经心尖微创主动脉瓣植入系统，运用ICE、TTE、MSCT三种影像学手段，使用中华小型猪进行测量对比研究，旨在为临床经导管主动脉瓣膜植入手术的开展提供一些参考。

1 材料和方法

1.1 实验材料

实验时间为2013-04至2013-05。健康中华小型猪12只，体重45～55 kg，平均（49.1±7.9）kg，由阜外心血管病医院动物实验中心提供。实验方案经过阜外心血管病医院实验动物福利伦理审查委员会批准，伦理编号：201211-1-36-HX。128层双源螺旋计算机断层扫描系统（德国Siemens公司，SOMATOM Definition型），高压注射器（美国MEDRAD公司，Mark V ProVis型），呼吸机（德国Drager公司，Savina型），彩色多普勒超声诊断仪（荷兰Philips公司，Sonos 7500型），心内超声仪（德国Siemens公司，Acuson Cypress Plus型），10 F心内超声导管（德国Siemens公司， AcuNav10F型），重症监护仪（荷兰Philips公司，MP 70型），数字减影血管造影机（美国GE公司，OEC 9800型），J-valve介入人工生物主动脉瓣膜（苏州杰成医疗科技有限公司） 等。

1.2 方法

实验动物术前肌肉注射氯胺酮30 mg/kg，地西泮1 mg/kg诱导麻醉，建立耳缘静脉通路，气管插管，连接呼吸机及重症监护仪，使用诱导同剂量氯胺酮、地西泮合剂静脉推注，维持麻醉。

MSCT于介入瓣膜植入术前3天进行，动物麻醉后以仰卧位固定于MSCT检查床上，阿司洛尔（1 mg/kg）缓慢静脉注射控制心率80次/分以下，呼吸机辅助通气并于吸气末暂停呼吸进行扫描。使用高压注射器于耳缘静脉快速注入（5.5 ml/s）造影剂80 ml及生理盐水30 ml，持续监测升主动脉处造影剂密度，MSCT值达到120 HU时启动心电门控扫描。扫描完成后分别于30%和75% RR间期重建图像，层厚0.75 mm，层间距0.4 mm。

采用Schultz 等[10]改进的方法获得收缩中期主动脉瓣环平面图像，具体方法如下：对40% RR间期的MSCT扫描图像进行多平面重建后获得主动脉根部冠状位、矢状位及轴位图像。首先在冠状位图像上于主动脉瓣环中央位置逆时针旋转矢状切面使其与主动脉根部大致平行（图1A），然后再于调整后的矢状位图像上旋转冠状切面使其于主动脉根部大致平行（图1B），最后同时调整冠状位与矢状位图像，使得轴位图像中3个主动脉瓣窦的最低点同时出现及消失。此时，3个瓣窦消失的第一个平面即定义为主动脉瓣环平面（图1C）。测量主动脉瓣环面积，取3次测量的均值通过圆形面积公式反推主动脉瓣环直径。

图1 多层螺旋计算机断层摄影术图像（主动脉瓣环平面通过多平面重建获得）

TTE于手术当天术前进行，动物麻醉后仰卧位固定于特制的检查车上，使用胸骨旁长轴切面测量主动脉瓣瓣环直径，瓣环直径取3次测量的均值（图2A）。

ICE在瓣膜植入术中进行，游离左侧颈内静脉穿刺并置入10 F鞘管，将ICE探头通过颈内静脉鞘管置入到达上腔静脉与右心房交界处，轻轻逆时针旋转超声探头得到主动脉根部长轴切面，测量主动脉瓣瓣环直径，瓣环直径取3次测量的均值（图2B）。

1.3 统计学分析

统计分析使用SPSS 17.0统计软件处理。连续性变量采用均数±标准差表示。3种影像方法测量值之间的比较采用配对t 检验（正态数据）或Wilcoxon秩和检验（非正态数据），以P＜0. 05 为差异具有统计学意义。相关性检验采用Pearson检验。不同影像学方法间一致性评价采用Bland-Altman分析，一致性界限定义为差值均数±1.96标准差。不同影像学方法预测的人工瓣膜型号之间的一致性采用Kappa检验进行评价。

图2 超声心动图切面图像

2 结果

ICE、TTE和MSCT三种方法测量主动脉瓣环内径结果之间的差异具有统计学意义（表1）。Pearson检验显示（表1），ICE的测量值与MSCT呈现良好的正相关（R=0.976，P=0.001；图3A），而TTE测量值则与MSCT无显著相关性（R=0.528，P=0.078；图3B），TTE与ICE之间为显著相关（R=0.664，P=0.019；图3C） 。B1and-A1tman检验还提示，与MSCT测量值和ICE测量值比较，TTE测量值均有显著偏小的趋势（图3E和3F）；而ICE测量值与MSCT相比则无显著差异（图3D）。

表1 心腔内超声心动图、经胸超声心动图及多层螺旋计算机断层摄影术瓣环直径测量结果的比较

3种测量方法对人工瓣膜型号选择的影响结果为（表2）：当采用人工瓣膜超出自体瓣环直径5%～15%为选择标准时，ICE与MSCT所测数值具有很好的一致性（Kappa=1.000）。而TTE与MSCT所测数值对于人工瓣膜型号的选择的一致性较差（Kappa= 0.385），依据TTE所测数值选择时有4只动物（33.3%）选择的瓣膜型号比MSCT小一个型号。

表2 不同测量方法对瓣膜型号选择的影响比较*

图3 三种影像方法测量值相关性和一致性分析

3 讨论

主动脉瓣狭窄仍是老年人最常见的心脏瓣膜疾病，75岁以上老年人的发病率约为4.6%[11]，严重主动脉瓣病变最终将导致心力衰竭，出现症状后平均生存期仅2～3年，而且猝死的风险很高，但高龄主动脉瓣狭窄患者往往具有严重的并发症导致外科换瓣手术风险极高，致使其中约24%的患者失去手术机会[12]。经导管主动脉瓣膜植入手术技术的迅速发展给年老体弱、无法耐受外科手术的高危患者带来了福音。目前，国内的经导管主动脉瓣膜植入手术瓣膜多处于临床试验起步探索阶段，相关的研究资料很少。根据我们前期的经导管主动脉瓣膜植入手术瓣膜研发经验及相关的文献资料表明，针对主动脉瓣环的精确测量往往决定了最终植入的成功与否。目前临床上多将MSCT视为瓣环直径测量的金标准，其图像重建后能够准确找到主动脉瓣环平面，全面观察瓣环的整体形态并进行测量，除此之外，MSCT图像上可以通过测量瓣环的面积推算瓣环变为正圆形时的直径，这更加符合人工瓣膜植入后的情况。虽然测量结果准确，但MSCT具有检查费用高、操作复杂、具有射线暴露、需要使用造影剂等不足。TTE是目前最常用的成熟无创测量瓣环直径的方法，但其测量结果常造成选择的瓣膜偏小，难以满足经导管主动脉瓣膜植入手术的需要。近年有报道指出，ICE在经导管主动脉瓣膜植入手术研究中不但可以测量瓣环直径，还可以对介入瓣膜进行术中图像引导及定位，然而对ICE测量主动脉瓣环直径结果的稳定性、准确性和可重复性情况一直未见相关研究。

通过ICE、TTE与MSCT的测量值对比，我们发现ICE测量值与MSCT的相关性和一致性都要显著优于TTE，而TTE的数值有比实际偏小的趋势。这一点在预测人工瓣膜型号的时候也体现了出来，ICE测量值选择的瓣膜型号与计算机断层摄影术一致性非常好，而以TTE的测量值作为标准选择瓣膜型号时，有三分之一动物的人工瓣膜型号存在偏小的风险。这些结果均提示，ICE可以替代MSCT准确地测量主动脉瓣环的直径并指导人工瓣膜型号的选择。

因为面市时间较晚，ICE的优点暂未被广大医生所认识，除了能够准确测量瓣环直径指导人工瓣膜型号选择，ICE在术中瓣膜定位及功能评价方面也发挥着重要功能。传统的经导管主动脉瓣膜植入手术中一般选择TEE作为术中图像引导和瓣膜功能评价的主要手段，不过TEE存在很多的局限，如需要进行全身麻醉和气管插管，干扰X线造影图像，测量数值易受干扰等[13]。近年来人们已经开始逐渐认识到ICE在经导管主动脉瓣膜植入手术中的优越性[14,15]。与TEE相比，ICE的图像更加清晰，更容易准确找到主动脉根部长轴切面进行测量，测量数据与计算机断层摄影术一致性更好[16]。此外，ICE能够对整个植入过程进行全程实时监控，且在多数患者中能够显示出冠状动脉开口位置，能够为人工瓣膜定位提供更加细致的图像引导，而这些都是TEE很难做到的[17]。我们进行的瓣膜植入手术操作也印证了ICE的良好表现。

现有的经导管主动脉瓣膜植入手术装置研发多选用猪和羊进行临床前动物实验，因为它们的心脏大小和解剖结构均与人类十分相似[18]。即便如此，动物主动脉根部的解剖结构与人类之间还是存在着不小的差异，给动物实验的进行造成很大的困难。一般来说，人工瓣膜型号主要由实验动物自体主动脉瓣环直径大小决定，目前多采用超出自体瓣径5%～20%作为选择标准。而与人类不同的是，动物主动脉瓣环多成扁圆形（最大径与最小径相差较大），给准确测量带来了不小的难度（图1C）。在选择人工瓣膜型号时应特别注意。

另一点需要注意的是，健康实验动物的主动脉瓣环处并没有支架瓣膜赖以支撑的钙化斑块且管壁弹性好，支架瓣膜植入后比在患者体内更容易发生移位。这就使得准确测量瓣环直径和选择介入瓣膜的型号显得更加重要，由于缺乏钙化斑块的对抗，支架瓣膜自身需要提供更大的支撑力才能防止移位，这也提示我们在动物实验中选择瓣膜型号时是否可以适当增加人工瓣膜超出自体瓣环的比例。不过人工瓣膜过大也会带来一系列潜在的问题，如导致冠状动脉开口变形、压闭等。这些问题都需要进一步的实验研究去证实。

本研究由于资源条件等多方面的限制，难以开展大样本研究，有待后续基础研究与临床应用研究的进一步深入。

综上，本实验的研究结果表明，ICE在评估中华小型猪主动脉瓣环直径方面的准确性和一致性均优于传统的TTE，推荐其替代MSCT作为常规的测量手段，当没有条件开展MSCT和ICE时，使用TTE结果进行经导管主动脉瓣膜植入手术瓣膜选择时，应注意调整瓣膜选择的标准，避免瓣膜选择过小，造成手术的失败。

[1] Cribier A, Eltchaninoff H, Bash A, et al. Percutaneous transcatheter implantation of an aortic valve prosthesis for calcific aortic stenosis. Circulation, 2002, 106: 3006-3008.

[2] Leon MB, Smith CR, Mack M, et al. Transcatheter aortic-valve implantation for aortic stenosis in patients who can not undergo surgery. N Engl J Med, 2010, 363: 1597-1607.

[3] Smith CR, Leon MB, Mack MJ, et al. Transcatheter versus surgical aortic-valve replacement in high risk patients. N Engl J Med, 2011, 364: 2187-2198.

[4] 杨跃进. 经导管主动脉瓣置入术的现状及展望. 中国循环杂志, 2013, 28: 161-163.

[5] Messika-Zeitoun D, Serfaty JM, Brochet E, et al. Multimodal assessment of the aortic annulus diameter: implications for transcatheter aortic valve implantation. J Am Coll Cardiol, 2010, 55: 186-194.

[6] Tamburino C, Capodanno D, Ramondo A, et al. Incidence and predictors of early and late mortality after transcatheter aortic valve implantation in 663 patients with severe aortic stenosis. Circulation, 2011, 123: 299-308.

[7] Ussia GP, Barbanti M, Sarkar K, et al. Accuracy of intracardiac echocardiography for aortic root assessment in patients undergoing transcatheter aortic valve implantation. Am Heart J, 2012, 163: 684-689.

[8] 王墨扬, 许亮, 裴汉军, 等. 15例拟行经导管主动脉瓣置换术患者主动脉根部影像学与临床应用——单中心早期经验. 中国循环杂志, 2014, 29: 714-717.

[9] Bartel T, Bonaros N, Müller L, et al. Intracardiac echocardiography: a new guiding tool for transcatheter aortic valve replacement. J Am Soc Echocardiogr, 2011, 24: 966-975.

[10] Schultz C, Moelker A, Tzikas A, et al. The use of MSCT for the evaluation of the aortic root before transcutaneous aortic valve implantation: the Rotterdam approach. EuroIntervention, 2010, 6: 505-511.

[11] Nkomo VT, Gardin JM, Skelton TN, et al. Burden of valvular heart diseases: a population-based study. Lancet, 2006, 368: 1005-1011.

[12] 李召峰, 潘文志, 周达新, 等. 经导管人工主动脉瓣植入动物的实验方法及影像分析. 心脏杂志, 2013, 01: 35-37.

[13] Kadakia MB, Silvestry FE, Herrmann HC. Intracardiac echocardiography-guided transcatheter aortic valve replacement. Catheter Cardiovasc Interv, 2015, 85: 497-501.

[14] Vaina S, Ligthart J, Vijayakumar M, et al. Intracardiac echocardiography during interventional procedures. EuroIntervention, 2006, 1: 454-464.

[15] Inohara T, Hayashida K, Fukuda K. Double balloon aortic valvuloplasty in TAVI era: insight from intracardiac echocardiography and multidetector computed tomography findings. J Invasive Cardiol, 2014, 26: E95-97.

[16] Ussia GP, Barbanti M, Sarkar K, et al. Accuracy of intracardiac echocardiography for aortic root assessment in patients undergoing transcatheter aortic valve implantation. Am Heart J, 2012, 163: 684-689.

[17] Bartel T, Bonaros N, Müller L, et al. Intracardiac echocardiography: a new guiding tool for transcatheter aortic valve replacement. J Am Soc Echocardiogr, 2011, 24: 966-975.

[18] Berreklouw E, Koene B, De Somer F, et al. Sutureless replacement of aortic valves with St Jude Medical mechanical valve prostheses and Nitinol attachment rings: feasibility in long-term （90-day） pig experiments. J Thorac Cardiovasc, 2011, 141: 1231-1237.

Comparative Study of Intra-cardiac Echocardiography and Other Imaging Techniques on Evaluating Aortic Annulus Diameter for Transcatheteraortic Valve Implantation in Chinese Miniature Pigs

LU Fu-liang, TANG Yue, LI Wei, LIU Xiao-peng, HUO Zhi-hui, JIA Liu-jun, YUAN Wei-min, WU Ai-li.
State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Cardiovascular Institute and Fu Wai Hospital, CAMS and PUMC, Beijing (100037), China

Objective: To compare 3 commonly used imaging techniques as intra-cardiac echocardiography (ICE), transthoracic echocardiography (TTE) and multiple slice computed tomography (MSCT) for measuring aortic annulus diameter in Chinese miniature pigs in order to find the best method for choosing prosthetic valve size in transcatheter aortic valve implantation (TAVI) in clinical practice.Methods: The aortic annulus diameters were measured in 12 Chinese miniature pigs by ICE, TTE and MSCT techniques respectively. The accuracy and consistency of each method was compared and the differences of 3 measurements were studied.Results: The mean aortic annulus diameter measured by ICE, TTE and MSCT were (23.69 ± 0.83) mm, (22.91 ± 1.1) mm and (23.81 ± 0.76) mm respectively, there were significant differences by t paired test from one another. However, Bland- Altman analysis indicated that compared with MSCT, TTE measurement had a tendency for under-estimation with the mean differenceof (- 0.91) mm and limits of agreement at (-2.78 to 0.97) mm; while ICE measurement had no such tendency. When choosing the size of transcatheter valves, there was a good consistency between ICE and MSCT (kappa = 1.000), in contrast, the size measured by TTE was 33.3% (4/12) smaller than MSCT.Conclusion: For measuring the diameter of aortic annulus before the operation, TAVI, ICE and MSCT has good consistency, while TTE has the tendency for underestimating the diameter of aortic annulus in experimental Chinese miniature pigs.

Transcatheteraortic valve implantation; Imaging evaluation; Intra-cardiac echocardiography; Annulus size

2015-02-26）

（编辑：漆利萍）

100037 北京市，北京协和医学院 中国医学科学院 国家心血管病中心 阜外心血管病医院 心血管疾病国家重点实验室医学研究统计中心（罗富良、李卫），心血管植入材料临床前研究评价北京市重点实验室（唐跃、刘晓鹏、贾六军、袁卫民、吴爱丽），医学影像科（侯志辉）

罗富良 助理研究员 硕士 研究方向：主要从事于心血管植入材料研究与评价 Email: luofuliang@fuwai.cams.cn 通讯作者: 李卫

Email: liwei@mrbc-nccd.com

R541

A

1000-3614（2015）05-0482-05

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.05.017