心腔內超聲心動圖等方法在經導管主動脈瓣膜植入手術實驗中評價主動脈瓣環直徑的比較研究

羅富良，唐躍，李衛，劉曉鵬，侯志輝，賈六軍，袁衛民，吳愛麗

基礎與實驗研究

心腔內超聲心動圖等方法在經導管主動脈瓣膜植入手術實驗中評價主動脈瓣環直徑的比較研究

羅富良，唐躍，李衛，劉曉鵬，侯志輝，賈六軍，袁衛民，吳愛麗

目的：探討心腔內超聲心動圖（ICE）、經胸超聲心動圖（TTE）及多層螺旋計算機斷層攝影術（MSCT）測量中華小型豬主動脈瓣環直徑的差異，為經導管主動脈瓣膜植入術選擇最佳的人工瓣膜型號的影像學方法。

方法：12只中華小型豬分別采用ICE、TTE及MSCT測量主動脈瓣環直徑，比較三種方法測量的準確性和一致性，以及三種方法測量結果在人工瓣膜型號選擇方面的差異。

結果：ICE、TTE和MSCT測量的瓣環直徑分別為（23.69±0.83）mm、（22.91±1.11）mm和（23.81±0.76）mm，測量結果之間具有顯著的差異（配對t檢驗）。不過Bland-Altman分析的結果提示TTE測量的結果較MSCT有顯著的偏小趨勢（差值均數：-0.91 mm，一致性界限：-2.78～0.97 mm），而ICE不存在這種趨勢。使用三種方法指導人工瓣膜型號選擇時，ICE結果與MSCT有很好的一致性（Kappa= 1.000），而TTE選擇的瓣膜尺寸在33.3%（4/12）的動物較MSCT結果偏小一個型號。

結論：對于經導管主動脈瓣膜植入手術術前的主動脈瓣環測量，ICE與MSCT的結果一致性更好，TTE的結果則有低估瓣環直徑的趨勢，在一定的瓣膜選擇策略下，ICE與MSCT的結果對瓣膜的選擇具有很好的一致性，而TTE的結果易造成人工瓣膜的型號偏小。

經導管/經心尖主動脈瓣膜植入術；影像學評價；心腔內超聲心動圖；瓣膜型號

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

自2002年Cribier等[1]完成了世界上首例人體經導管主動脈瓣膜植入手術以來，經導管主動脈瓣膜植入手術已經迅速成為嚴重主動脈瓣狹窄不能耐受外科手術或存在手術高危因素的患者的重要替代治療方案[2-4]。國內目前尚處于起步探索階段。在行經導管主動脈瓣膜植入手術前，針對主動脈瓣環的精確測量成為患者選擇及瓣膜成功植入的關鍵，測量不準確會造成人工瓣膜型號不匹配，從而導致各種并發癥（瓣周漏、傳導阻滯等），甚至手術失敗[5,6]。常規外科瓣膜植入，常依據術前經胸超聲心動圖（TTE）、術中經食道超聲心動圖（TEE）的測量結果，這些測量結果接近又不盡相同，術者會在開胸后使用測瓣器進行復核。但無論經導管主動脈逆行入路途徑還是經心尖入路途徑，經導管主動脈瓣膜植入手術均沒有類似的復核條件。于是具有三維成像功能、能夠獲取任意組織結構成像平面的多層螺旋計算機斷層攝影術（MSCT）正逐漸作為瓣環測量的“金標準”[7,8]，成為經導管主動脈瓣膜植入手術術前的常規檢查。盡管如此，MSCT檢查有X射線電離輻射，還需要患者使用造影劑，對于腎功能衰竭等高?；颊卟粔虬踩?。近來有學者使用心腔內超聲心動圖（ICE）來指導經導管主動脈瓣膜植入手術[9]，認為ICE可能成為一種行之有效的替代MSCT的方法。

因此，本研究使用我國自主研發的經心尖微創主動脈瓣植入系統，運用ICE、TTE、MSCT三種影像學手段，使用中華小型豬進行測量對比研究，旨在為臨床經導管主動脈瓣膜植入手術的開展提供一些參考。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

實驗時間為2013-04至2013-05。健康中華小型豬12只，體重45～55 kg，平均（49.1±7.9）kg，由阜外心血管病醫院動物實驗中心提供。實驗方案經過阜外心血管病醫院實驗動物福利倫理審查委員會批準，倫理編號：201211-1-36-HX。128層雙源螺旋計算機斷層掃描系統（德國Siemens公司，SOMATOM Definition型），高壓注射器（美國MEDRAD公司，Mark V ProVis型），呼吸機（德國Drager公司，Savina型），彩色多普勒超聲診斷儀（荷蘭Philips公司，Sonos 7500型），心內超聲儀（德國Siemens公司，Acuson Cypress Plus型），10 F心內超聲導管（德國Siemens公司， AcuNav10F型），重癥監護儀（荷蘭Philips公司，MP 70型），數字減影血管造影機（美國GE公司，OEC 9800型），J-valve介入人工生物主動脈瓣膜（蘇州杰成醫療科技有限公司） 等。

1.2 方法

實驗動物術前肌肉注射氯胺酮30 mg/kg，地西泮1 mg/kg誘導麻醉，建立耳緣靜脈通路，氣管插管，連接呼吸機及重癥監護儀，使用誘導同劑量氯胺酮、地西泮合劑靜脈推注，維持麻醉。

MSCT于介入瓣膜植入術前3天進行，動物麻醉后以仰臥位固定于MSCT檢查床上，阿司洛爾（1 mg/kg）緩慢靜脈注射控制心率80次/分以下，呼吸機輔助通氣并于吸氣末暫停呼吸進行掃描。使用高壓注射器于耳緣靜脈快速注入（5.5 ml/s）造影劑80 ml及生理鹽水30 ml，持續監測升主動脈處造影劑密度，MSCT值達到120 HU時啟動心電門控掃描。掃描完成后分別于30%和75% RR間期重建圖像，層厚0.75 mm，層間距0.4 mm。

采用Schultz 等[10]改進的方法獲得收縮中期主動脈瓣環平面圖像，具體方法如下：對40% RR間期的MSCT掃描圖像進行多平面重建后獲得主動脈根部冠狀位、矢狀位及軸位圖像。首先在冠狀位圖像上于主動脈瓣環中央位置逆時針旋轉矢狀切面使其與主動脈根部大致平行（圖1A），然后再于調整后的矢狀位圖像上旋轉冠狀切面使其于主動脈根部大致平行（圖1B），最后同時調整冠狀位與矢狀位圖像，使得軸位圖像中3個主動脈瓣竇的最低點同時出現及消失。此時，3個瓣竇消失的第一個平面即定義為主動脈瓣環平面（圖1C）。測量主動脈瓣環面積，取3次測量的均值通過圓形面積公式反推主動脈瓣環直徑。

圖1 多層螺旋計算機斷層攝影術圖像（主動脈瓣環平面通過多平面重建獲得）

TTE于手術當天術前進行，動物麻醉后仰臥位固定于特制的檢查車上，使用胸骨旁長軸切面測量主動脈瓣瓣環直徑，瓣環直徑取3次測量的均值（圖2A）。

ICE在瓣膜植入術中進行，游離左側頸內靜脈穿刺并置入10 F鞘管，將ICE探頭通過頸內靜脈鞘管置入到達上腔靜脈與右心房交界處，輕輕逆時針旋轉超聲探頭得到主動脈根部長軸切面，測量主動脈瓣瓣環直徑，瓣環直徑取3次測量的均值（圖2B）。

1.3 統計學分析

統計分析使用SPSS 17.0統計軟件處理。連續性變量采用均數±標準差表示。3種影像方法測量值之間的比較采用配對t 檢驗（正態數據）或Wilcoxon秩和檢驗（非正態數據），以P＜0. 05 為差異具有統計學意義。相關性檢驗采用Pearson檢驗。不同影像學方法間一致性評價采用Bland-Altman分析，一致性界限定義為差值均數±1.96標準差。不同影像學方法預測的人工瓣膜型號之間的一致性采用Kappa檢驗進行評價。

圖2 超聲心動圖切面圖像

2 結果

ICE、TTE和MSCT三種方法測量主動脈瓣環內徑結果之間的差異具有統計學意義（表1）。Pearson檢驗顯示（表1），ICE的測量值與MSCT呈現良好的正相關（R=0.976，P=0.001；圖3A），而TTE測量值則與MSCT無顯著相關性（R=0.528，P=0.078；圖3B），TTE與ICE之間為顯著相關（R=0.664，P=0.019；圖3C） 。B1and-A1tman檢驗還提示，與MSCT測量值和ICE測量值比較，TTE測量值均有顯著偏小的趨勢（圖3E和3F）；而ICE測量值與MSCT相比則無顯著差異（圖3D）。

表1 心腔內超聲心動圖、經胸超聲心動圖及多層螺旋計算機斷層攝影術瓣環直徑測量結果的比較

3種測量方法對人工瓣膜型號選擇的影響結果為（表2）：當采用人工瓣膜超出自體瓣環直徑5%～15%為選擇標準時，ICE與MSCT所測數值具有很好的一致性（Kappa=1.000）。而TTE與MSCT所測數值對于人工瓣膜型號的選擇的一致性較差（Kappa= 0.385），依據TTE所測數值選擇時有4只動物（33.3%）選擇的瓣膜型號比MSCT小一個型號。

表2 不同測量方法對瓣膜型號選擇的影響比較*

圖3 三種影像方法測量值相關性和一致性分析

3 討論

主動脈瓣狹窄仍是老年人最常見的心臟瓣膜疾病，75歲以上老年人的發病率約為4.6%[11]，嚴重主動脈瓣病變最終將導致心力衰竭，出現癥狀后平均生存期僅2～3年，而且猝死的風險很高，但高齡主動脈瓣狹窄患者往往具有嚴重的并發癥導致外科換瓣手術風險極高，致使其中約24%的患者失去手術機會[12]。經導管主動脈瓣膜植入手術技術的迅速發展給年老體弱、無法耐受外科手術的高?；颊邘砹烁Ｒ?。目前，國內的經導管主動脈瓣膜植入手術瓣膜多處于臨床試驗起步探索階段，相關的研究資料很少。根據我們前期的經導管主動脈瓣膜植入手術瓣膜研發經驗及相關的文獻資料表明，針對主動脈瓣環的精確測量往往決定了最終植入的成功與否。目前臨床上多將MSCT視為瓣環直徑測量的金標準，其圖像重建后能夠準確找到主動脈瓣環平面，全面觀察瓣環的整體形態并進行測量，除此之外，MSCT圖像上可以通過測量瓣環的面積推算瓣環變為正圓形時的直徑，這更加符合人工瓣膜植入后的情況。雖然測量結果準確，但MSCT具有檢查費用高、操作復雜、具有射線暴露、需要使用造影劑等不足。TTE是目前最常用的成熟無創測量瓣環直徑的方法，但其測量結果常造成選擇的瓣膜偏小，難以滿足經導管主動脈瓣膜植入手術的需要。近年有報道指出，ICE在經導管主動脈瓣膜植入手術研究中不但可以測量瓣環直徑，還可以對介入瓣膜進行術中圖像引導及定位，然而對ICE測量主動脈瓣環直徑結果的穩定性、準確性和可重復性情況一直未見相關研究。

通過ICE、TTE與MSCT的測量值對比，我們發現ICE測量值與MSCT的相關性和一致性都要顯著優于TTE，而TTE的數值有比實際偏小的趨勢。這一點在預測人工瓣膜型號的時候也體現了出來，ICE測量值選擇的瓣膜型號與計算機斷層攝影術一致性非常好，而以TTE的測量值作為標準選擇瓣膜型號時，有三分之一動物的人工瓣膜型號存在偏小的風險。這些結果均提示，ICE可以替代MSCT準確地測量主動脈瓣環的直徑并指導人工瓣膜型號的選擇。

因為面市時間較晚，ICE的優點暫未被廣大醫生所認識，除了能夠準確測量瓣環直徑指導人工瓣膜型號選擇，ICE在術中瓣膜定位及功能評價方面也發揮著重要功能。傳統的經導管主動脈瓣膜植入手術中一般選擇TEE作為術中圖像引導和瓣膜功能評價的主要手段，不過TEE存在很多的局限，如需要進行全身麻醉和氣管插管，干擾X線造影圖像，測量數值易受干擾等[13]。近年來人們已經開始逐漸認識到ICE在經導管主動脈瓣膜植入手術中的優越性[14,15]。與TEE相比，ICE的圖像更加清晰，更容易準確找到主動脈根部長軸切面進行測量，測量數據與計算機斷層攝影術一致性更好[16]。此外，ICE能夠對整個植入過程進行全程實時監控，且在多數患者中能夠顯示出冠狀動脈開口位置，能夠為人工瓣膜定位提供更加細致的圖像引導，而這些都是TEE很難做到的[17]。我們進行的瓣膜植入手術操作也印證了ICE的良好表現。

現有的經導管主動脈瓣膜植入手術裝置研發多選用豬和羊進行臨床前動物實驗，因為它們的心臟大小和解剖結構均與人類十分相似[18]。即便如此，動物主動脈根部的解剖結構與人類之間還是存在著不小的差異，給動物實驗的進行造成很大的困難。一般來說，人工瓣膜型號主要由實驗動物自體主動脈瓣環直徑大小決定，目前多采用超出自體瓣徑5%～20%作為選擇標準。而與人類不同的是，動物主動脈瓣環多成扁圓形（最大徑與最小徑相差較大），給準確測量帶來了不小的難度（圖1C）。在選擇人工瓣膜型號時應特別注意。

另一點需要注意的是，健康實驗動物的主動脈瓣環處并沒有支架瓣膜賴以支撐的鈣化斑塊且管壁彈性好，支架瓣膜植入后比在患者體內更容易發生移位。這就使得準確測量瓣環直徑和選擇介入瓣膜的型號顯得更加重要，由于缺乏鈣化斑塊的對抗，支架瓣膜自身需要提供更大的支撐力才能防止移位，這也提示我們在動物實驗中選擇瓣膜型號時是否可以適當增加人工瓣膜超出自體瓣環的比例。不過人工瓣膜過大也會帶來一系列潛在的問題，如導致冠狀動脈開口變形、壓閉等。這些問題都需要進一步的實驗研究去證實。

本研究由于資源條件等多方面的限制，難以開展大樣本研究，有待后續基礎研究與臨床應用研究的進一步深入。

綜上，本實驗的研究結果表明，ICE在評估中華小型豬主動脈瓣環直徑方面的準確性和一致性均優于傳統的TTE，推薦其替代MSCT作為常規的測量手段，當沒有條件開展MSCT和ICE時，使用TTE結果進行經導管主動脈瓣膜植入手術瓣膜選擇時，應注意調整瓣膜選擇的標準，避免瓣膜選擇過小，造成手術的失敗。

[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] 楊躍進. 經導管主動脈瓣置入術的現狀及展望. 中國循環雜志, 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] 王墨揚, 許亮, 裴漢軍, 等. 15例擬行經導管主動脈瓣置換術患者主動脈根部影像學與臨床應用——單中心早期經驗. 中國循環雜志, 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, 周達新, 等. 經導管人工主動脈瓣植入動物的實驗方法及影像分析. 心臟雜志, 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）

（編輯：漆利萍）

100037 北京市，北京協和醫學院 中國醫學科學院 國家心血管病中心 阜外心血管病醫院 心血管疾病國家重點實驗室醫學研究統計中心（羅富良、李衛），心血管植入材料臨床前研究評價北京市重點實驗室（唐躍、劉曉鵬、賈六軍、袁衛民、吳愛麗），醫學影像科（侯志輝）

羅富良 助理研究員 碩士 研究方向：主要從事于心血管植入材料研究與評價 Email: luofuliang@fuwai.cams.cn 通訊作者: 李衛

Email: liwei@mrbc-nccd.com

R541

A

1000-3614（2015）05-0482-05

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.05.017