二葉式主動脈瓣的超聲心動圖評估現狀及進展

王代嬌 宋宏寧 陳金玲

(武漢大學人民醫院超聲影像科,湖北 武漢 430060)

二葉式主動脈瓣(bicuspid aortic valve,BAV)是最常見的先天性心臟瓣膜疾病,患病率為1%～2%,男性發病率幾乎是女性的3倍[1-2]。BAV可影響瓣膜功能,從無功能障礙到嚴重的主動脈瓣狹窄(aortic stenosis,AS)或主動脈瓣反流(aortic regurgitation,AR)。此外,BAV還可伴有大動脈病變、感染性心內膜炎、心肌病或其他先天性疾病[3]。因此,早期準確評估BAV形態及功能對臨床上制定干預策略和預防各種并發癥至關重要。超聲心動圖在臨床實踐中是用于全面評估BAV的一線成像技術[2]。現分別從BAV形態學、并發癥、相關主動脈病變及臨床干預的超聲心動圖評估等方面進行綜述,并對未來評估方向予以展望,為BAV患者個體化診療提供依據。

1 BAV發病機制及分型

正常主動脈瓣由3個半月瓣組成,稱三葉式主動脈瓣(tricuspid aortic valve,TAV),根據瓣膜位置及冠狀動脈開口可將其分為左、右和無冠狀動脈瓣[4]。而BAV因主動脈瓣發育異常導致相鄰兩個半月瓣形成融合瓣,較大的融合瓣上可見融合嵴,使瓣葉不對稱[5]。胚胎學研究[1]發現,基因突變導致的神經嵴細胞遷移是BAV融合嵴形成的主要原因。另有研究[6]稱多個等位基因相互作用導致了BAV,遺傳率為90%。因此,《2020 ACC/AHA心臟瓣膜病管理指南》[7]建議對BAV患者一級家庭成員有必要進行超聲心動圖篩查。

從外科角度來看,Sievers分型[8]廣泛應用于臨床,根據融合嵴的數量將BAV分為3型:Type 0型(無嵴)、TypeⅠ型(1個嵴)和TypeⅡ型(2個嵴),其中最常見的是TypeⅠ型,約占90%。根據嵴的空間位置又分為左右冠竇融合型(RL型)、右無冠竇融合型(RN型)、左無冠竇融合型(LN型),其中RL型最常見,約占80%[8]。而最新國際共識[3]認為僅基于外科角度的Sievers分型仍有局限性,因此新的分型為:融合型、雙竇型和部分融合型。其中融合型最常見,占90%～95%,相當于TypeⅠ型。雙竇型BAV并不常見,占5%～7%,由大小、形狀大致相同的兩個瓣葉構成,分前對后表型和側對側表型。部分融合型的流行率尚不清楚,表現為典型的三葉瓣膜,但在連合底部可見<50%的瓣尖融合。至于Sievers分型中的Type Ⅱ型,共識認為稱單葉瓣較為合適。

2 BAV超聲心動圖評估現狀及進展

2.1 形態學

經胸超聲心動圖(transthoracic echocardiography,TTE)在臨床實踐中是用作診斷BAV及瓣膜表型的一線成像方法[2,9]。TTE基于胸骨旁左心室長軸和大動脈短軸切面能準確診斷80%～90%的BAV[9]。在長軸切面可見融合瓣葉收縮期隆起及瓣葉舒張期偏心閉合線;短軸切面顯示舒張期有兩個瓣葉,有時可見融合嵴,收縮期瓣葉明顯分離,可見典型主動脈瓣“魚嘴樣”瓣口及瓣葉連合線[9]。

但TTE分辨率有限,特別是當瓣葉增粗鈣化、合并炎癥時,極易將其誤診為退行性瓣膜病或風濕性瓣膜病[2]。經食管超聲心動圖(transesophageal echocardiography,TEE)以更好的分辨率提高了BAV診斷的準確性,準確率為90.1%,且在區分BAV表型上比TTE更有優勢,因為TEE可清楚顯示融合嵴存在與否、瓣葉融合情況、連合線和冠狀動脈開口位置[10]。

Yakar等[10]研究了二維(2-dimensional,2D)-TTE、2D-TEE和三維(3-dimensional,3D)-TEE診斷BAV表型的準確性,認為TEE在鑒別BAV表型方面有很好的診斷價值,且3D-TEE較2D-TEE可立體觀察主動脈瓣的形態、數目、瓣口上下結構全貌及鈣化等解剖細節。Levack等[11]在此基礎上對BAV和TAV人群使用定制圖像分析軟件評估發現,基于單模態3D-TEE的建模可定量描述主動脈瓣和主動脈根部的幾何形狀。Yeats等[12]更是將3D打印和計算機建模結合起來作為BAV患者新的術前篩查技術,以模擬裝置的啟閉來評估壓力梯度和流體滯留區,尤其是在接受經導管主動脈瓣植入(transcatheter aortic valve implantation,TAVI)評估的年輕BAV患者中,通過提供裝置功能及耐久性等相關信息預測術中和術后風險,來評估患者是否適合手術。

2.2 瓣膜鈣化

有研究[13]表明瓣膜變形是臨床評價瓣膜功能的重要參數,因為異常主動脈瓣瓣葉變形會導致瓣膜間質細胞信號改變,進而導致鈣化的發生和進展,而BAV由于其瓣葉形態異常會更易發生鈣化。Rego等[13]開發了一種基于臨床成像模式的計算建模管道,利用TAV和BAV人群實時3D-TEE數據,分別生成瓣葉局部變形信息,這種變形分析首次量化了TAV與BAV瓣葉在人體內功能性變形之間的差異,且預測了主動脈瓣鈣化的發生和進展。

TTE評估BAV瓣膜鈣化同樣基于胸骨旁左心室長軸和大動脈短軸切面,特點是瓣葉增厚、回聲增強,并根據鈣化程度對其進行半定量評估,其中有按瓣葉鈣化厚度進行評分:0分(正常)、1分(<2 mm)、2分(2～4 mm)、3分(>4 mm)和4分(>6 mm)[14]。但當鈣化程度為中度以上時,形成的聲影可能會模糊瓣環邊界,掩蓋潛在瓣葉結構,TTE及TEE診斷BAV的敏感性和特異性都會降低,且TEE還是一種半侵入性檢查[10]。考慮到上述局限性,其他成像技術,如CT和心臟磁共振可提供很大幫助,且心臟磁共振與TEE在評估BAV表型上無明顯差異[9]。雖然主動脈瓣鈣化的超聲心動圖半定量評分已得到驗證,但在對鈣化精準的定位和量化上CT明顯優于超聲心動圖[2]。通過CT計算可得到主動脈瓣鈣化評分,根據其分值高低評估瓣膜鈣化嚴重程度。近期研究[15]顯示,伴有重度AS的BAV患者主動脈瓣鈣化評分明顯升高。然而,考慮到CT不可避免的輻射暴露風險,目前許多研究更傾向使用TEE來診斷BAV[10]。

2.3 瓣膜功能障礙

在BAV成年患者中,最常見的并發癥是瓣膜功能障礙,即AS和/或AR,大多數情況下需進行主動脈瓣置換(aortic valve replacement,AVR)或修復術[2]。BAV患者表型、融合嵴及一些心血管危險因素的存在與AS的發生有關,性別和瓣膜脫垂則與AR的發生有關[16]。TTE是以血流動力學評估和量化主動脈瓣功能障礙的最佳方法[2-3]。

TTE評估BAV-AS程度分級基于TAV相同參數,主要是主動脈峰值血流速度、平均跨瓣壓差以及主動脈瓣口面積縮小程度,利用連續多普勒在心尖五腔心切面將取樣容積置于主動脈瓣口即可獲得[2,17]。TTE同樣可評估BAV-AR嚴重程度,在胸骨旁左心室長軸切面可見主動脈反流束進入左心室,但由于BAV形態異質性常形成明顯的偏心射流,建議使用縮流頸寬度、有效反流口面積以及反流容積來進行分級[17]。雖然縮流頸寬度可應用于BAV偏心反流束的評估,但可行性有限,建議使用3D-TEE改善有效反流口面積及反流容積的量化以評估AR[17]。當偏心射流難以量化時,心臟磁共振可發揮更好的作用,特別是當降主動脈內出現全舒張期逆行血流時,說明存在顯著AR,且隨著四維血流MRI技術的發展,其在評估AR方面將會越來越精確[2]。

2.4 相關主動脈病變

研究[18]發現>50%的BAV患者伴有主動脈病變。其中以升主動脈擴張最常見,擴張也可累及主動脈根部或主動脈弓,分為上升型、根型和擴展型[1,3]。因此,BAV發生胸主動脈瘤的風險至少比TAV早10～15年,發生主動脈夾層的概率是TAV的5～10倍[19]。導致BAV升主動脈擴張的病因和發病機制仍是一個有爭議的話題[1]。有研究[19]稱BAV長期瓣膜畸形導致血流動力學異常,使主動脈壁剪切力增加,繼發一系列病變。另有研究[6]表明,除了孤立的血流動力學因素外,內在病理似乎也是導致主動脈擴張的重要因素。因此,BAV相關的主動脈病變可歸因于多種因素[1,6]。

主動脈直徑是主動脈夾層的良好預測指標,因此,準確測量其直徑對主動脈根部及升主動脈擴張預防性手術的判斷、隨訪和時機選擇至關重要[5]。超聲心動圖是臨床上測量胸主動脈及評估主動脈其他并發癥的一線成像方法[2]。Parker等[20]就利用超聲心動圖對589例BAV患者主動脈擴張模式進行了回顧性研究,證實RN型與升主動脈擴張進展相關。然而Choi等[21]利用TTE和CT評估BAV形態及瓣膜功能以探究與主動脈病變之間的關系,研究顯示BAV形態特征不是主動脈擴張的決定因素,年齡、性別和AS嚴重程度才是主動脈病變的預測因素。

與傳統參數主動脈直徑相比,有研究[1,19]指出BAV早期主動脈壁彈性受損是主動脈病變的病理生理機制之一,能更早地反映主動脈病變。Longobardo等[19]利用超聲斑點追蹤技術評估BAV主動脈壁彈性發現主動脈壁縱向應變絕對值較低,這與行主動脈預防性手術和其進行性擴張顯著相關,有助于識別主動脈直徑在正常范圍內但需密切隨訪的高危患者。Carlos等[22]同樣利用斑點追蹤技術發現BAV主動脈整體縱向應變與AR顯著相關。

另外,關于BAV主動脈內血流模式異常的研究,新的四維血流MRI技術是一強大工具。有研究[23]通過其獲取的速度、渦量、壁剪切力等參數發現BAV患者主動脈內血流不對稱并伴有渦流形成,進而導致主動脈擴張,且表型、血流模式不同。

2.5 超聲心動圖在BAV臨床干預中的評估價值

超聲心動圖準確評估BAV形態及功能對臨床干預必要性及策略制定至關重要。《2020 ACC/AHA心臟瓣膜病管理指南》[7]指出,無論癥狀如何,主動脈竇部或升主動脈直徑≥5.5 cm的BAV患者均建議手術干預,且一旦通過TTE等成像技術檢測到主動脈根部或升主動脈≥4.0 cm,建議進行終身連續評估。有研究[4]通過TTE測量升主動脈直徑來評估BAV和TAV行AVR后的中期療效及相關危險因素,指出與TAV人群相比,BAV患者術后升主動脈更易繼續擴張,且BAV-Type Ⅰ型、年齡≥40歲、AR與術后升主動脈持續擴張呈獨立正相關。

BAV伴瓣膜功能障礙的手術治療指征依賴于TTE[2]。建議對TTE測得左心室收縮末期內徑≥50 mm或該內徑與體表面積之比>25 mm/m2、左室射血分數≤50%的無癥狀患者行AVR[2]。研究[24]顯示AS繼發的慢性壓力超載和AR繼發的容量超載損害了左心室功能,與TAV對照組相比,BAV左心室心肌力學顯著受損,且與患者出現癥狀和需AVR的風險增加相關。Kong等[24]基于超聲二維斑點追蹤技術發現盡管BAV患者左室射血分數正常,其縱向應變值仍顯著降低,≤13.6%提示左心室收縮功能障礙,且與聯合終點風險(如達到手術指征、行AVR、死亡)增加獨立相關。

指南[25]建議對有癥狀的BAV重度AS患者進行干預,通常在臨床上選擇AVR或TAVI。對于低壓差-低流速伴左心室功能障礙的AS患者,行靜息和低劑量多巴胺負荷超聲心動圖有助于鑒別真性與假性重度AS,且需著重評估左心室收縮儲備(左室射血分數或整體縱向應變值的變化、每搏輸出量增加≥20%及跨瓣壓差和瓣口面積的變化),儲備不足會增加不良事件的風險,若負荷超聲心動圖下無左心室收縮儲備,TAVI可成為良好的手術替代方案[26]。目前的研究[12,18]發現,TAVI對BAV與TAV人群療效相同,但BAV患者更易發生瓣周漏、瓣膜移位等并發癥,因此,精準的術前評估、合適的人工瓣膜選擇對計劃和成功實施TAVI至關重要。長期以來,CT是TAVI術前評估及指導瓣膜型號選擇的首選方法,但因CT有輻射暴露等風險,3D-TEE成為重要的替代檢查方法,不僅可在術前評估主動脈瓣葉形態和功能,測量主動脈根部結構相關參數,還可用于術中連續監測以實時指導TAVI術中人工瓣膜釋放及術后即刻瓣膜功能評估,缺點在于需全身麻醉及探頭可能阻擋透視視野[17]。有研究[27]對擬行TAVI的BAV患者術前進行3D-TEE和CT檢查,將所測得主動脈瓣環相關參數進行分析發現,二者的測量值有較好的一致性,且所預測的瓣膜型號無顯著性差異,因此認為在患者腎功能不全或對比劑過敏等特殊情況下,3D-TEE可作為CT的替代手段,為TAVI提供瓣膜型號選擇。

與AVR相比,保留瓣膜的修復術已日益演變成可替代的治療手段[28]。TEE對確定BAV-AR的可修復性方面起著關鍵作用,且有研究[29]指出BAV修復成功率高于TAV。de Kerchove等[29]就在術前用TEE測量非融合瓣葉的連合角度以判斷瓣葉的對稱性,這有助于臨床醫生提出有針對性的修復方案,連合角度越接近180°修復成功率越高。另外,Levack等[11]提出新指標(吻合口高度、瓣膜上隆起指數、瓣膜下隆起指數)對主動脈根部復合體進行全面、定量的描述,可用于瓣膜可修復性的術前評估以及術后耐久性的監測。

3 展望及小結

TTE是評估BAV瓣膜形態學、血流動力學的一線成像技術[2-3]。TEE比TTE診斷BAV更具優勢[2]。當需要對BAV患者瓣膜鈣化進行準確的定性、定量評估時,相比于3D-TEE,更推薦使用CT。對于BAV相關主動脈疾病血流動力學變化的評估,心臟磁共振尤其是四維血流MRI技術有望成為研究BAV主動脈血流動力學改變的主要手段[30]。

3D打印和計算機建模技術可準確構建BAV主動脈根部的幾何形狀,并可通過術前模擬預測術后瓣周漏、冠狀動脈阻塞來提供更多關于BAV患者是否適合TAVI的信息[12]。近年來,隨著3D-TEE自動分析軟件的推廣應用,BAV相關人工智能分析將成為未來的研究方向[12]。

總之,超聲心動圖雖在某些情況下受限于分辨率和主觀經驗的影響,但仍是一種準確、無創、便捷、價廉和可重復的影像學技術,可作為BAV患者早期篩查和診斷的常規方法,建立以超聲心動圖為主的多模態成像模式對BAV患者進行評估,對實現該類患者的個體化診療具有重要意義。