多模态影像在二叶式主动脉瓣形态学及功能评价中的应用*

何书坤,靳巧锋,刘天舒,邓文惠,傅雅楠,张怡婵,谢明星,王 静

华中科技大学同济医学院附属协和医院超声医学科,湖北省影像医学临床医学研究中心,分子影像湖北省重点实验室,武汉 430022

二叶式主动脉瓣(bicuspid aortic valve,BAV)是临床上最常见的先天性心脏瓣膜疾病,人群患病率约为1%～2%[1-2]。据统计,至少有三分之一的BAV病例出现严重并发症,具有较高发病率和病死率[3]。BAV患者早期无特异性症状和体征,疾病晚期常常出现主动脉瓣狭窄、主动脉瓣反流、心功能不全、BAV相关主动脉疾病(如主动脉扩张、主动脉瘤、主动脉夹层)等一系列并发症,甚至可能猝死[4]。因此,早期准确诊断BAV瓣膜形态与功能改变对临床上制定干预策略和预防各种并发症至关重要。多模态影像技术是全面评估BAV瓣膜形态、心功能、血流动力学和并发症的有效手段[4],本文将重点对超声心动图、计算机断层扫描(computed tomography,CT)和心脏磁共振(cardiac magnetic resonance,CMR)技术在BAV形态学及功能评价中的应用进行综述。

1 瓣膜形态学评估

1.1 瓣膜形态与嵴线

正常主动脉瓣由3个大小相近的半月瓣组成,瓣叶间由3条连合线隔开。BAV由于胚胎发育过程中主动脉瓣发育异常,相邻的2个半月瓣沿连合线融合,形成2个大小不等、不对称的瓣叶,通常在较大的融合瓣上有1条嵴线[5-6]。CT横断面图像可见,收缩期正常主动脉瓣有3个瓣叶,形似三叶草结构,BAV则像一张打开的鱼嘴,呈典型“鱼嘴征”[7-8]。经胸超声心动图(transthoracic echocardiography,TTE)胸骨旁大动脉短轴切面显示,BAV舒张期有2个瓣叶,瓣叶上伴或不伴有嵴线,同时可见瓣叶偏心性闭合及瓣叶间单一连合线[3,9];收缩期2个瓣叶明显分离,可见典型主动脉瓣“鱼嘴征”(鱼嘴样瓣口)及2条连合线[3,10-11]。

BAV的2个瓣叶通常大小不等且不对称。CT显示,与三叶式主动脉瓣(tricuspid aortic valve,TAV)相比,BAV患者瓣叶大小、面积不均匀,融合瓣长度更长,常呈圆形瓣口[12]。当BAV患者伴有严重主动脉瓣狭窄(aortic stenosis,AS)和嵴线时,CT表现为收缩期瓣膜增厚,瓣口狭窄,融合瓣呈角状或平滑凹陷;舒张期瓣叶大小不等,瓣口呈椭圆形或圆形[13]。CMR可见BAV患者融合瓣的平均面积显著大于非融合瓣[14]。在TTE图像上,BAV患者表现为瓣叶尖端冗余、瓣膜增厚[3,9]。此外,TTE显示BAV患者主动脉瓣面积增大,但与CT相比,二维超声心动图对主动脉瓣面积的评估结果偏低[15-16]。Galian-Gay等[10]也 指出,CT和CMR克服TTE在诊断和评估主动脉瓣形态方面的局限性,可以更好地评估瓣膜面积和主动脉直径。

1.2 BAV分型

虽然BAV具有典型的鱼嘴样或卵形(椭圆形)瓣口,但分不同的表型[17]。经典Sievers分类方法根据瓣叶上的嵴线数目将BAV分为0型(0条嵴线)、1型(1条嵴线)、2型(2条嵴线)[17-18]。其中,最常见的1型占88%左右,0型和2型分别占7%和5%左右[18]。Schaefer等[19]根据瓣叶融合部位将BAV分为3型:RL型(fusion of right and left coronary cusp,左冠瓣和右冠瓣融合)、RN型(fusion of right and non-coronary cusp,右冠瓣和无冠瓣融合)和LN型(fusion of left and non-coronary cusp,左冠瓣和无冠瓣融合)。其中,RL型最常见,约占80%,RN型约占20%,LN型最少见[4,10,19]。

TTE是诊断BAV的一线影像工具,但有限的分辨率使其在BAV确诊和表型分类、区分亚型方面存在一定困难[20-21]。经食管超声心动图(transesophageal echocardiography,TEE)在区分不同BAV表型方面比TTE有优势,可以更好显示BAV嵴线的有无、瓣膜的融合、连合线及冠状动脉口的位置[20]。Tülüce等[20]发现,TTE诊断BAV表型的准确性为47.4%,而2D TEE的准确性为90.1%,另有9.9%的BAV需要3D TEE来确认表型。Kang等[22]指出,CT在诊断BAV表型方面具有很大临床意义。然而,考虑到不可避免的辐射暴露风险,目前许多研究更倾向于使用TEE而不是CT来确定BAV表型,特别是那些年轻患者[20]。Buchner等[23]指出,CMR也可以准确可靠地评估BAV的表型,且CMR图像质量优于TEE,但CMR和TEE在评估BAV的表型分类方面没有差异。

1.3 瓣膜钙化

BAV早期出现瓣膜纤维化、硬化和钙沉积,比TAV早10～14年出现狭窄性钙化,与AS密切相关[24-25]。研究指出,瓣膜钙化是BAV的普遍特征,85%的患者存在一定程度的瓣膜钙化[8],其中约27%的患者发生中至重度瓣膜钙化,且与年龄、动脉性高血压、血脂异常、糖尿病和吸烟等危险因素相关[26]。BAV瓣膜钙化会导致瓣叶增厚、僵硬,出现结节状钙化,限制瓣叶活动[10]。

Evangelista等[26]发现,BAV瓣膜钙化的主要部位在嵴线,这可能是导致BAV瓣膜变性和AS的主要因素。CT图像显示,BAV瓣膜融合部位呈中线型钙化征象[12-13]。此外,CT可见BAV患者瓣叶存在高密度钙化灶,通过计算可得到主动脉瓣钙化评分(aortic valve calcium score,AVCS),根据AVCS的高低可以对瓣膜钙化严重程度进行评价[27]。近期研究显示,男性BAV患者及伴重度AS的BAV患者AVCS明显升高[27]。此外,CMR在BAV收缩期可见狭窄性钙化,钙化灶呈黑色,主要沉积在瓣尖[6]。

BAV患者TTE胸骨旁左室长轴切面和大动脉短轴切面可见不同程度的钙化灶,根据瓣膜钙化位置和程度,可对其进行半定量评估[19]。Yousry等[28]指出,在进行系统半定量AVCS时,TTE和TEE获取的实时图像质量优于静态图像。采用5级评分系统进行AVCS时,TTE与TEE的结果具有良好一致性(组内相关系数分别为0.93和0.94)。当AVCS较低(＜3分)或瓣膜钙化较明显(AVCS＞3分)时,TTE和TEE诊断BAV的特异性和一致性没有显著差异[28]。尽管超声心动图可对主动脉瓣钙化程度进行半定量分级,但BAV瓣膜退行性变和瓣膜钙化会导致TTE图像质量下降,降低BAV诊断和表型分型的可行性和准确性[29]。Takeda等[30]发现,对于非钙化性主动脉瓣的诊断,TTE的准确性与TEE相似(各为96%),而在钙化性主动脉瓣中,TTE的准确性低于TEE(72%对87%)。CT在评价主动脉瓣钙化方面明显优于超声心动图,可对主动脉瓣钙化进行精确诊断、定位和量化[10,27-28]。虽然CT在AVCS方面优于超声心动图,但研究结果表明AVCS与BAV瓣膜表型没有显著的相关性[10]。

2 瓣膜狭窄与反流

BAV患者常伴随瓣膜功能障碍,近一半BAV患者存在不同程度的AS和主动脉瓣反流(aortic regurgitation,AR)[31]。BAV患者AS的发生与嵴线、RN分型及一些心血管危险因素的存在有关,AR的发生则与性别和瓣膜脱垂有关[26]。与不伴嵴线的单纯BAV患者相比,伴有嵴线的BAV患者AS和AR发病率更高,同时伴随更高的手术概率[26,32]。一项超过15年的随访研究中提到,12.3%的BAV患者因重度AS而手术,2.8%的BAV患者因 重度AR而 手术[33]。

2.1 AS

AS是BAV最常见的并发症[6],与TAV相比,BAV出现AS的时间更早,进展速度更快[34]。在接受主动脉瓣置换术的年轻患者中,BAV-AS患者约占近50%[35]。75%的中年BAV患者存在进行性瓣膜纤维钙化狭窄,最终需要手术[10]。BAV的自然病史研究结果显示,12%～37%的BAV患者最终发展为中度至重度AS[31,36-37]。

超声心动图是诊断和随访AS的一线评估方式[38],是评估瓣膜狭窄程度的金标准[27]。AS的狭窄程度分级主要依靠主动脉血流峰值流速、平均梯度和主动脉瓣面积来确定[39]。TTE显示伴AS的BAV患者主动脉瓣面积减小,主动脉峰值流速升高,平均压力梯度升高[11,27]。近年来,CT主动脉瓣钙化评分(CT-AVCS)也被用于AS狭窄程度分级,重度AS的CT-AVCS阈值分别为女性1274 AU、男性2065 AU[40]。Choi等[27]指出,CT-AVCS是诊断BAV患者AS严重程度的可靠指标。当超声心动图评估瓣膜狭窄严重程度存在争议时,可用CTAVCS进行评估,CT-AVCS对重度AS具有良好的诊断准确性和独立预后评估能力,可作为超声心动图的辅助成像检查,广泛应用于AS患者的临床诊断和风险分层[38,40]。

2.2 AR

BAV患者发生AR的概率为47%～64%,中至重度AR的发生率小于30%[31-32,34,37]。在疾病早期,AR比AS更常见,男性比女性常见[26,37]。BAV患者出现慢性AR最主要的原因是瓣环扩张、瓣叶脱垂、瓣叶回缩或主动脉根部扩张[41]。

TTE是BAV-AR患者诊断和指导治疗的首选影像学检查[4]。当BAV患者存在AR时,往往伴随瓣叶脱垂[11],TTE胸骨旁左室长轴切面可见主动脉反流束进入左心室[27]。超声心动图可以对BAVAR患者的反流严重程度进行分级[42],但AR常伴明显的偏心射流,这使得AR的定量分级存在一定难度[10]。当偏心射流难以量化,且左室扩张程度与AR程度不一致时,CMR可能在量化AR和左室容积方面发挥更好的作用[10]。CMR对于AR的评估具有较高的准确性和可重复性,可以通过评估反流容积和反流分数直接定量AR[43]。当CMR测量结果显示AR患者反流分数大于33%时,提示重度AR[42],若CMR发现降主动脉内存在全舒张期逆行血流时,说明患者存在显著AR[44]。随着4D flow CMR技术的快速发展,其在精确评估AR方面可能发挥越来越大的作用。

3 总结与展望

TTE是评估BAV瓣膜形态学、血流动力学改变的首选影像学方法[11]。TEE比TTE诊断BAV更具优势,当2D TTE不能确诊BAV时,可使用3D TEE进行诊断[45]。

CT技术的空间分辨率和组织对比度优于超声,边界识别和描绘方面更准确,且可重复性较高,可作为BAV形态描绘、钙化表征和量化的首选方式[21]。但是,CT不可避免的辐射使其在实际运用中存在一定局限性。

CMR作为一种多参数评估方法,可以同时提供BAV瓣膜病变、心肌功能和主动脉血流动力学的综合评价[46]。CMR多序列综合扫描可对主动脉瓣病变进行准确定性和定量评价,但在评估瓣膜形态、瓣叶活动时,CMR不如TTE便捷和直观[47]。特征追踪CMR(feature tracking cardiac magnetic resonance imaging,FT-CMR)的心肌标记技术可进一步检测无症状BAV患者的心功能障碍[48],但目前该技术尚未用于小儿BAV患者的常规评估[46]。4D flow MRI技术作为一种新的影像技术,有望成为研究BAV及其相关升主动脉扩张疾病血流动力学改变的强大工具。

临床上对于BAV及其相关并发症的多模态影像诊断评估,首选2D TTE,当2D TTE对BAV的确诊存在困难,应该使用3D TEE进行进一步确诊。当需要对BAV患者的瓣膜钙化进行定性和定量评估时,推荐使用CT。对于BAV相关升主动脉扩张疾病血流动力学变化的评估,在没用相关禁忌证的情况下,推荐使用CMR。